Las colisiones de estrellas de neutrones no crean la cantidad de elementos químicos que se suponía anteriormente, un nuevo análisis de la evolución de las galaxias encuentra. La investigación también revela que los modelos actuales no pueden explicar la cantidad de oro en el cosmos, lo que crea un misterio astronómico. El trabajo ha producido una tabla periódica de nueva apariencia que muestra los orígenes estelares de elementos naturales desde el carbono hasta el uranio.

Todo el hidrógeno del universo, incluidas todas sus moléculas en la Tierra, se creó en el Big Bang, que también produjo mucho helio y litio, pero no mucho más. El resto de los elementos que ocurren naturalmente están hechos por procesos nucleares que ocurren dentro de las estrellas. La masa gobierna exactamente qué elementos se forjan, pero todos se liberan en las galaxias en los momentos finales de cada estrella, explosivamente, en el caso de los realmente grandes, o como densos arroyos, similar al viento solar, para los de la misma clase que el sol.

"Podemos pensar en las estrellas como ollas a presión gigantes donde se crean nuevos elementos, ", explicó el coautor, el profesor asociado Karakas del Centro de Excelencia ARC de Australia para toda la astrofísica del cielo en tres dimensiones (ASTRO 3-D).

"Las reacciones que producen estos elementos también proporcionan la energía que mantiene a las estrellas brillando durante miles de millones de años. A medida que las estrellas envejecen, producen elementos cada vez más pesados ​​a medida que se calienta su interior ".

Se pensaba que la mitad de todos los elementos que son más pesados ​​que el hierro, como el torio y el uranio, se formaban cuando las estrellas de neutrones, los superdensos restos de soles quemados, chocaron el uno con el otro. Largamente teorizado, Las colisiones de estrellas de neutrones no se confirmaron hasta 2017. Ahora, sin embargo, Un nuevo análisis de Karakas y sus compañeros astrónomos Chiaki Kobayashi y Maria Lugaro revela que el papel de las estrellas de neutrones puede haber sido considerablemente sobrestimado, y que otro proceso estelar en conjunto es responsable de producir la mayoría de los elementos pesados.

"Las fusiones de estrellas de neutrones no produjeron suficientes elementos pesados ​​en la vida temprana del universo, y todavía no lo hacen ahora, 14 mil millones de años después, "dijo Karakas." El universo no los hizo lo suficientemente rápidos como para explicar su presencia en estrellas muy antiguas, y, en general, simplemente no hay suficientes colisiones para explicar la abundancia de estos elementos en la actualidad ".

En lugar de, Los investigadores encontraron que los elementos pesados ​​debían ser creados por un tipo completamente diferente de fenómeno estelar:supernovas inusuales que colapsan mientras giran a alta velocidad y generan fuertes campos magnéticos. El hallazgo es uno de los varios que surgen de su investigación, que acaba de ser publicado en el Diario astrofísico . Su estudio es la primera vez que los orígenes estelares de todos los elementos naturales, desde el carbono hasta el uranio, se han calculado a partir de los primeros principios.

El nuevo modelado, los investigadores dicen, cambiará sustancialmente el modelo actualmente aceptado de cómo evolucionó el universo ". Por ejemplo, Creamos este nuevo modelo para explicar todos los elementos a la vez, y encontré suficiente plata pero no suficiente oro, "dijo el coautor, profesor asociado Kobayashi, de la Universidad de Hertfordshire en el Reino Unido.

"La plata se produce en exceso, pero el oro se produce en exceso en el modelo en comparación con las observaciones. Esto significa que podríamos necesitar identificar un nuevo tipo de explosión estelar o reacción nuclear". El estudio refina estudios previos que calculan los roles relativos de la masa estelar, edad y disposición en la producción de elementos. Por ejemplo, los investigadores establecieron que las estrellas más pequeñas que unas ocho veces la masa del sol producen carbono, nitrógeno y flúor, así como la mitad de todos los elementos más pesados ​​que el hierro. Las estrellas masivas de aproximadamente ocho veces la masa del sol que también explotan como supernovas al final de sus vidas producen muchos de los elementos desde el carbono hasta el hierro. incluyendo la mayor parte del oxígeno y calcio necesarios para la vida.

"Aparte del hidrógeno, no hay un solo elemento que pueda estar formado por un solo tipo de estrella, "explicó Kobayashi.

"La mitad del carbono se produce a partir de estrellas moribundas de baja masa, pero la otra mitad proviene de supernovas. Y la mitad del hierro proviene de supernovas normales de estrellas masivas, pero la otra mitad necesita otra forma, conocidas como supernovas de Tipo Ia. Estos se producen en sistemas binarios de estrellas de baja masa ".

Pares de estrellas masivas unidas por la gravedad, a diferencia de, puede transformarse en estrellas de neutrones. Cuando estos chocan entre sí, el impacto produce algunos de los elementos más pesados ​​que se encuentran en la naturaleza, incluido el oro.

Sobre el nuevo modelo, sin embargo, los números simplemente no cuadran.

"Incluso las estimaciones más optimistas de la frecuencia de colisión de estrellas de neutrones simplemente no pueden explicar la gran abundancia de estos elementos en el universo, "dijo Karakas." Esto fue una sorpresa. Parece que las supernovas giratorias con fuertes campos magnéticos son la fuente real de la mayoría de estos elementos ".

Coautora Dra. Maria Lugaro, que ocupa puestos en el Observatorio Konkoly de Hungría y en la Universidad Monash de Australia, cree que el misterio del oro perdido se resolverá muy pronto. "Se esperan nuevos descubrimientos de las instalaciones nucleares de todo el mundo, incluida Europa, EE. UU. y Japón, actualmente apuntando a núcleos raros asociados con fusiones de estrellas de neutrones, ", dijo." Las propiedades de estos núcleos son desconocidas, pero controlan fuertemente la producción de abundancias de elementos pesados. El problema astrofísico del oro perdido puede resolverse mediante un experimento de física nuclear ".

Los investigadores admiten que la investigación futura podría encontrar que las colisiones de estrellas de neutrones son más frecuentes de lo que sugiere la evidencia hasta ahora. en cuyo caso su contribución a los elementos que lo componen todo, desde las pantallas de los teléfonos móviles hasta el combustible de los reactores nucleares, podría revisarse nuevamente al alza.

Por el momento, sin embargo, parecen ofrecer mucho menos dinero por su flequillo.