Con la ayuda de la supercomputadora más poderosa del mundo y nuevas técnicas de inteligencia artificial, un equipo internacional de investigadores ha teorizado cómo las condiciones extremas en las estrellas producen carbono-12, que describen como "una puerta de entrada fundamental para el nacimiento de la vida".

La pregunta fundamental de los investigadores fue "¿cómo produce el cosmos carbono-12?" dijo James Vary, profesor de física y astronomía en la Universidad Estatal de Iowa y miembro de la colaboración de investigación desde hace mucho tiempo.

"Resulta que no es fácil producir carbono-12", dijo Vary.

Se necesita el calor y las presiones extremas dentro de las estrellas o en las colisiones y explosiones estelares para crear núcleos de carbono emergentes, inestables y en estado excitado con tres grupos débilmente vinculados, cada uno con dos protones y dos neutrones. Una fracción de esos núcleos de carbono inestables puede emitir un poco de energía adicional en forma de rayos gamma y convertirse en carbono-12 estable, la sustancia de la vida.

Un artículo publicado recientemente por Nature Communications describe las simulaciones de superordenador de los investigadores y la teoría resultante de la estructura nuclear del carbono que favorece su formación en el cosmos.

El documento describe cómo las partículas alfa (átomos de helio-4, con dos protones y dos neutrones) pueden agruparse para formar átomos mucho más pesados, incluido un estado inestable y excitado de carbono-12 conocido como el estado de Hoyle (predicho por el astrofísico teórico Fred Hoyle en 1953 como un precursor de la vida tal como la conocemos).

Los investigadores escriben que este agrupamiento de partículas alfa "es una idea muy hermosa y fascinante y, de hecho, es plausible porque la partícula (alfa) es particularmente estable con una gran energía de enlace".

Para probar la teoría, los investigadores realizaron simulaciones de supercomputadoras, incluidos cálculos en la supercomputadora Fugaku en el Centro RIKEN de Ciencias Computacionales en Kobe, Japón. Fugaku figura como la supercomputadora más poderosa del mundo y es tres veces más poderosa que la número 2, según las últimas clasificaciones de supercomputadoras TOP500.

Vary dijo que los investigadores también hicieron su trabajo ab initio, o desde los primeros principios, lo que significa que sus cálculos se basaron en ciencia conocida y no incluyeron suposiciones ni parámetros adicionales.

También desarrollaron técnicas de aprendizaje estadístico, una rama de la inteligencia artificial computacional, para revelar el agrupamiento alfa del estado de Hoyle y la eventual producción de carbono-12 estable.

Vary dijo que el equipo ha trabajado durante más de una década para desarrollar su software, refinar sus códigos de supercomputadora, ejecutar sus cálculos y resolver problemas más pequeños mientras desarrollaba el trabajo actual.

"Hay mucha sutileza, muchas interacciones hermosas allí", dijo Vary.

Todos los cálculos, las cantidades físicas y la sutileza teórica coinciden con los datos experimentales que hay en este rincón de la física nuclear, escribieron los investigadores.

Entonces creen que tienen algunas respuestas básicas sobre los orígenes del carbono-12. Vary dijo que eso debería conducir a más estudios que busquen "detalles detallados" sobre el proceso y cómo funciona.

¿Fue la producción de carbono, por ejemplo, principalmente el resultado de procesos internos en las estrellas? Preguntó Vary. ¿O fueron explosiones de estrellas supernova? ¿O colisiones de estrellas de neutrones súper densas?

Una cosa ahora está clara para los investigadores:"Esta nucleosíntesis en ambientes extremos produce muchas cosas", dijo Vary, "incluido el carbono". + Explora más

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