¿Qué tan pesado puede ser un elemento? Un equipo internacional de investigadores ha descubierto que las estrellas antiguas eran capaces de producir elementos con masas atómicas superiores a 260, más pesados ​​que cualquier elemento de la tabla periódica que se encuentra naturalmente en la Tierra. El hallazgo profundiza nuestra comprensión de la formación de elementos en las estrellas.

Estamos, literalmente, hechos de materia estelar. Las estrellas son fábricas de elementos, donde los elementos se fusionan o rompen constantemente para crear otros elementos más ligeros o más pesados. Cuando nos referimos a elementos ligeros o pesados, hablamos de su masa atómica. En términos generales, la masa atómica se basa en la cantidad de protones y neutrones en el núcleo de un átomo de ese elemento.

Se sabe que los elementos más pesados ​​sólo se crean en las estrellas de neutrones mediante el proceso rápido de captura de neutrones, o proceso r. Imagínese un único núcleo atómico flotando en una sopa de neutrones. De repente, un grupo de esos neutrones se quedan pegados al núcleo en un período de tiempo muy corto (generalmente en menos de un segundo), luego sufren algunos cambios internos de neutrón a protón, ¡y listo! Se forma un elemento pesado, como oro, platino o uranio.

Los elementos más pesados ​​son inestables o radiactivos, lo que significa que se desintegran con el tiempo. Una forma de hacerlo es dividiéndose, un proceso llamado fisión.

"El proceso r es necesario si se quieren producir elementos que sean más pesados ​​que, digamos, el plomo y el bismuto", dice Ian Roederer, profesor asociado de física en la Universidad Estatal de Carolina del Norte y autor principal de la investigación. Roederer estuvo anteriormente en la Universidad de Michigan.

"Hay que añadir muchos neutrones muy rápidamente, pero el problema es que se necesita mucha energía y muchos neutrones para hacerlo", dice Roederer. "Y el mejor lugar para encontrar ambas cosas es en el nacimiento o la muerte de una estrella de neutrones, o cuando las estrellas de neutrones chocan y producen las materias primas para el proceso.

"Tenemos una idea general de cómo funciona el proceso r, pero las condiciones del proceso son bastante extremas", dice Roederer. "No tenemos una buena idea de cuántos tipos diferentes de sitios en el universo pueden generar el proceso r, no sabemos cómo termina el proceso r y no podemos responder preguntas como cuántos neutrones ¿Puedes agregar? ¿O qué tan pesado puede ser un elemento? Entonces decidimos observar los elementos que podrían formarse por fisión en algunas estrellas antiguas bien estudiadas para ver si podíamos comenzar a responder algunas de estas preguntas".>

El equipo examinó de nuevo las cantidades de elementos pesados ​​en 42 estrellas bien estudiadas de la Vía Láctea. Se sabía que las estrellas tenían elementos pesados ​​formados por el proceso r en generaciones anteriores de estrellas. Al adoptar una visión más amplia de las cantidades de cada elemento pesado que se encuentra en estas estrellas en conjunto, en lugar de individualmente como es más común, identificaron patrones no reconocidos previamente. El trabajo aparece en la revista Science .

Esos patrones indicaban que algunos elementos enumerados cerca de la mitad de la tabla periódica, como la plata y el rodio, eran probablemente restos de la fisión de elementos pesados. El equipo pudo determinar que el proceso r puede producir átomos con una masa atómica de al menos 260 antes de fisionarse.

"Ese 260 es interesante porque nunca antes habíamos detectado nada tan pesado en el espacio o naturalmente en la Tierra, ni siquiera en pruebas de armas nucleares", dice Roederer. "Pero verlos en el espacio nos da una guía sobre cómo pensar en los modelos y la fisión, y podría darnos una idea de cómo surgió la rica diversidad de elementos".

Más información: Ian U. Roederer et al, Los patrones de abundancia de elementos en las estrellas indican la fisión de núcleos más pesados ​​que el uranio, Ciencia (2023). DOI:10.1126/science.adf1341. www.science.org/doi/10.1126/science.adf1341

Información de la revista: Ciencia

Proporcionado por la Universidad Estatal de Carolina del Norte