Un equipo de investigadores internacionales volvió a la formación del sistema solar hace 4.600 millones de años para obtener nuevos conocimientos sobre el origen cósmico de los elementos más pesados ​​de la tabla periódica.

Dirigido por científicos que colaboran como parte de la Red Internacional de Investigación en Astrofísica Nuclear (IReNA) (irenaweb.org) y el Instituto Conjunto de Astrofísica Nuclear — Centro para la Evolución de los Elementos (JINA-CEE) (jinaweb.org), el estudio se publica en el último número de la revista Ciencias .

Elementos pesados ​​que encontramos en nuestra vida diaria, como hierro y plata, no existía al principio del universo, Hace 13,7 mil millones de años. Fueron creados en el tiempo a través de reacciones nucleares llamadas nucleosíntesis que combinaban átomos. En particular, yodo, oro, platino, uranio, plutonio, y curio, algunos de los elementos más pesados, fueron creados por un tipo específico de nucleosíntesis llamado proceso de captura rápida de neutrones, o proceso r.

La cuestión de qué eventos astronómicos pueden producir los elementos más pesados ​​ha sido un misterio durante décadas. Hoy dia, se cree que el proceso r puede ocurrir durante colisiones violentas entre dos estrellas de neutrones, entre una estrella de neutrones y un agujero negro, o durante raras explosiones tras la muerte de estrellas masivas. Tales eventos altamente energéticos ocurren muy raramente en el universo. Cuando lo hacen los neutrones se incorporan en el núcleo de los átomos, luego se convierte en protones. Dado que los elementos de la tabla periódica se definen por el número de protones en su núcleo, el proceso r acumula núcleos más pesados ​​a medida que se capturan más neutrones.

Algunos de los núcleos producidos por el proceso r son radiactivos y tardan millones de años en descomponerse en núcleos estables. El yodo-129 y el curio-247 son dos de esos núcleos que se produjeron antes de la formación del sol. Fueron incorporados a sólidos que finalmente cayeron sobre la superficie de la tierra como meteoritos. Dentro de estos meteoritos, la desintegración radiactiva generó un exceso de núcleos estables. Hoy dia, este exceso se puede medir en laboratorios para determinar la cantidad de yodo-129 y curio-247 que estaban presentes en el sistema solar justo antes de su formación.

¿Por qué estos dos núcleos de proceso r son tan especiales? Tienen una propiedad peculiar en común:decaen casi exactamente al mismo ritmo. En otras palabras, la proporción entre yodo-129 y curio-247 no ha cambiado desde su creación, hace miles de millones de años.

"Esta es una coincidencia asombrosa, particularmente dado que estos núcleos son dos de los cinco núcleos radiactivos de proceso r que se pueden medir en meteoritos, "dice Benoit Co? te? del Observatorio Konkoly, el líder del estudio. "Con la proporción de yodo-129 a curio-247 congelada en el tiempo, como un fósil prehistórico, podemos tener una mirada directa a la última ola de producción de elementos pesados ​​que construyó la composición del sistema solar, y todo lo que hay dentro ".

Yodo, con sus 53 protones, se crea más fácilmente que el curio con sus 96 protones. Esto se debe a que se necesitan más reacciones de captura de neutrones para alcanzar el mayor número de protones del curio. Como consecuencia, la proporción de yodo-129 a curio-247 depende en gran medida de la cantidad de neutrones que estaban disponibles durante su creación.

El equipo calculó las proporciones de yodo-129 a curio-247 sintetizadas por colisiones entre estrellas de neutrones y agujeros negros para encontrar el conjunto correcto de condiciones que reproducen la composición de los meteoritos. Llegaron a la conclusión de que la cantidad de neutrones disponibles durante el último evento de proceso r antes del nacimiento del sistema solar no podía ser demasiado alta. De lo contrario, se habría creado demasiado curio en relación con el yodo. Esto implica que fuentes muy ricas en neutrones, como la materia arrancada de la superficie de una estrella de neutrones durante una colisión, probablemente no jugó un papel importante.

Entonces, ¿qué creó estos núcleos de proceso r? Si bien los investigadores pudieron proporcionar información nueva y reveladora sobre cómo se hicieron, no pudieron precisar la naturaleza del objeto astronómico que los creó. Esto se debe a que los modelos de nucleosíntesis se basan en propiedades nucleares inciertas, y todavía no está claro cómo vincular la disponibilidad de neutrones a objetos astronómicos específicos, como explosiones masivas de estrellas y estrellas de neutrones en colisión.

"Pero la capacidad de la proporción de yodo-129 a curio-247 para mirar más directamente a la naturaleza fundamental de la nucleosíntesis de elementos pesados ​​es una perspectiva emocionante para el futuro, "dijo Nicole Vassh de la Universidad de Notre Dame, coautor del estudio.

Con esta nueva herramienta de diagnóstico, Los avances en la fidelidad de las simulaciones astrofísicas y en la comprensión de las propiedades nucleares podrían revelar qué objetos astronómicos crearon los elementos más pesados ​​del sistema solar.

"Estudios como este solo son posibles cuando se reúne un equipo multidisciplinario, donde cada colaborador contribuye a una pieza distinta del rompecabezas. La reunión de Fronteras JINA-CEE 2019 brindó el entorno ideal para formalizar la colaboración que condujo al resultado actual, "Dijo Côté.