Por primera vez, un elemento pesado recién hecho, estroncio, ha sido detectado en el espacio, a raíz de la fusión de dos estrellas de neutrones. Este hallazgo fue observado por el espectrógrafo X-shooter de ESO en el Very Large Telescope (VLT) y se publica hoy en Nature. La detección confirma que los elementos más pesados ​​del Universo pueden formarse en fusiones de estrellas de neutrones, proporcionando una pieza faltante del rompecabezas de la formación de elementos químicos.

En 2017, tras la detección de ondas gravitacionales que pasan por la Tierra, ESO apuntó sus telescopios en Chile, incluido el VLT, a la fuente:una fusión de estrellas de neutrones llamada GW170817. Los astrónomos sospechaban que, si se formaran elementos más pesados ​​en las colisiones de estrellas de neutrones, las firmas de esos elementos podrían detectarse en kilonovas, las explosivas secuelas de estas fusiones. Esto es lo que ha hecho ahora un equipo de investigadores europeos, utilizando datos del instrumento X-shooter en el VLT de ESO.

Tras la fusión de GW170817, La flota de telescopios de ESO comenzó a monitorear la explosión de kilonova emergente en una amplia gama de longitudes de onda. X-shooter en particular tomó una serie de espectros desde el ultravioleta al infrarrojo cercano. El análisis inicial de estos espectros sugirió la presencia de elementos pesados ​​en la kilonova, pero los astrónomos no pudieron identificar elementos individuales hasta ahora.

"Al volver a analizar los datos de 2017 de la fusión, ahora hemos identificado la firma de un elemento pesado en esta bola de fuego, estroncio, demostrando que la colisión de estrellas de neutrones crea este elemento en el Universo, "dice el autor principal del estudio, Darach Watson, de la Universidad de Copenhague en Dinamarca. En la Tierra, el estroncio se encuentra naturalmente en el suelo y se concentra en ciertos minerales. Sus sales se utilizan para dar a los fuegos artificiales un color rojo brillante.

Los astrónomos conocen los procesos físicos que crean los elementos desde la década de 1950. Durante las siguientes décadas, han descubierto los sitios cósmicos de cada una de estas importantes forjas nucleares, excepto uno. "Esta es la etapa final de una persecución de décadas para precisar el origen de los elementos, ", dice Watson." Ahora sabemos que los procesos que crearon los elementos ocurrieron principalmente en estrellas ordinarias, en explosiones de supernovas, o en las capas externas de estrellas viejas. Pero, hasta ahora, no sabíamos la ubicación de la final, proceso desconocido, conocida como captura rápida de neutrones, que creó los elementos más pesados ​​en la tabla periódica ".

La captura rápida de neutrones es un proceso en el que un núcleo atómico captura neutrones lo suficientemente rápido como para permitir la creación de elementos muy pesados. Aunque muchos elementos se producen en los núcleos de las estrellas, creando elementos más pesados ​​que el hierro, como el estroncio, requiere entornos aún más cálidos con muchos neutrones libres. La captura rápida de neutrones solo se produce de forma natural en entornos extremos donde los átomos son bombardeados por una gran cantidad de neutrones.

"Esta es la primera vez que podemos asociar directamente material recién creado formado a través de la captura de neutrones con una fusión de estrellas de neutrones, confirmando que las estrellas de neutrones están hechas de neutrones y vinculando el proceso de captura rápida de neutrones, debatido durante mucho tiempo, a tales fusiones, "dice Camilla Juul Hansen del Instituto Max Planck de Astronomía en Heidelberg, quien jugó un papel importante en el estudio.

Los científicos recién ahora están comenzando a comprender mejor las fusiones de estrellas de neutrones y las kilonovas. Debido a la comprensión limitada de estos nuevos fenómenos y otras complejidades en los espectros que el tirador X del VLT tomó de la explosión, los astrónomos no habían podido identificar elementos individuales hasta ahora.

"De hecho, se nos ocurrió la idea de que podríamos ver estroncio bastante rápido después del evento. Sin embargo, demostrar que así era demostrablemente el caso resultó ser muy difícil. Esta dificultad se debió a nuestro conocimiento muy incompleto de la apariencia espectral de los elementos más pesados ​​en la tabla periódica, "dice el investigador de la Universidad de Copenhague Jonatan Selsing, quien fue un autor clave en el artículo.

La fusión GW170817 fue la quinta detección de ondas gravitacionales, hecho posible gracias al Observatorio de Ondas Gravitacionales del Interferómetro Láser (LIGO) de la NSF en los EE. UU. y al Interferómetro Virgo en Italia. Ubicado en la galaxia NGC 4993, la fusión fue la primera, y hasta ahora el único, fuente de ondas gravitacionales para que los telescopios de la Tierra detecten su contraparte visible.

Con los esfuerzos combinados de LIGO, Virgo y el VLT, tenemos la comprensión más clara hasta ahora del funcionamiento interno de las estrellas de neutrones y sus explosivas fusiones.

Esta investigación fue presentada en un artículo que aparecerá en Naturaleza el 24 de octubre de 2019.