Por primera vez, un elemento pesado recién producido, el estroncio, se ha detectado en el espacio, después de una 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 en la revista Nature. La detección confirma que los elementos más pesados del Universo pueden formarse en fusiones de estrellas de neutrones, proporcionando una pieza más 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 sospecharon que, si se formaban elementos más pesados en las colisiones de estrellas de neutrones, las huellas de esos elementos podrían detectarse en kilonovas, las consecuencias explosivas de estas fusiones. Esto es lo que un equipo de investigadores europeos ha hecho ahora, utilizando datos del instrumento X-shooter en el VLT de ESO.
Después de la fusión GW170817, la flota de telescopios de ESO comenzó a analizar la explosión emergente de kilonova en una amplia gama de longitudes de onda . X-shooter en particular tomó una serie de espectros desde el ultravioleta hasta el 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 sobre la fusión, ahora hemos identificado la huella de un elemento pesado en esta bola de fuego, el estroncio, lo que demuestra que la colisión de estrellas de neutrones crea este elemento en el Universo”, explica Darach Watson, de Universidad de Copenhague en Dinamarca y autor principal del estudio.
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.
“Una persecución de décadas”
Los astrónomos han conocido los procesos físicos que crean los elementos desde la década de 1950. Durante las siguientes décadas, han descubierto los lugares cósmicos de cada una de estas grandes forjas nucleares, excepto una.
“Esta es la etapa final de una persecución de décadas para precisar el origen de los elementos -aclara 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 conocíamos la ubicación del proceso final, no descubierto, conocido 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, la creación de elementos más pesados que el hierro, como el estroncio, requiere entornos aún más cálidos con muchos neutrones libres. La captura rápida de neutrones solo ocurre naturalmente en ambientes extremos donde los átomos son bombardeados por un gran número de neutrones”.
“Esta es la primera vez que podemos asociar directamente el 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 formadas por neutrones y vinculando el proceso de captura rápida de neutrones a las fusiones”, señala Camilla Juul Hansen, del Instituto Max Planck de Astronomía en Heidelberg, quien desempeñó un papel importante en el estudio.
La quinta detección de ondas gravitacionales
Los científicos ahora comienzan 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 X-shooter del VLT tomó de la explosión, los astrónomos no habían podido identificar elementos individuales hasta ahora.
“En realidad se nos ocurrió la idea de que podríamos estar viendo estroncio bastante rápido después del evento. Sin embargo, demostrarlo resultó muy difícil debido a nuestro conocimiento altamente incompleto de la apariencia espectral de los elementos más pesados en la tabla periódica”, admite el investigador de la Universidad de Copenhague, Jonatan Selsing, quien fue un autor clave del artículo.
La fusión GW170817 fue la quinta detección de ondas gravitacionales, posible gracias el Observatorio de ondas gravitacionales con interferómetro láser de la NSF (LIGO) en Estados Unidos, y el interferómetro Virgo en Italia. Ubicada en la galaxia NGC 4993, la fusión fue la primera, y hasta ahora la única fuente de ondas gravitacionales en tener su contraparte visible detectada por los telescopios en la Tierra.
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