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6/ene/18 19:36 PM
eldia.es

 

Que levante la mano aquel que no haya visto recientemente circulando por las redes sociales Facebook y Twitter una tabla periódica llena de colorines en la que se indica el origen de los elementos químicos: explosiones de supernovas, estrellas de tipo solar, el Big Bang, etc. Y es que el origen de los elementos químicos está de moda, básicamente gracias al hecho de que la reciente detección de ondas gravitacionales debidas a la fusión de dos estrellas de neutrones está íntimamente relacionada con la producción de muchos de los elementos más pesados que el hierro en el Universo. Entre ellos, el oro que dice la tradición que ofrendó el rey Melchor al niño Jesús.

Pero vayamos por partes. ¿Cómo se forman los elementos químicos en el Universo? No es una respuesta sencilla, ya que la nucleosíntesis estelar (formación de los elementos químicos en las estrellas) es un proceso bastante complicado que aún no se comprende perfectamente. A continuación encontrarán un muy breve e incompleto resumen.

Siguiendo el hilo de la famosa tabla periódica que circula por internet, podemos ir viendo cómo se van formando los elementos, desde los más ligeros hasta los más pesados:

  • En el Big Bang se formaron básicamente todo el hidrógeno del Universo y la mayor parte del helio (el conocido como helio primordial), así como una pequeña cantidad de litio.
  • Otra pequeña parte del litio, el berilio, el boro y algunos isótopos de elementos más pesados se forman por “astillamiento” (en realidad una reacción de fisión nuclear) de elementos más pesados debido al impacto con partículas cósmicas a alta velocidad como protones o núcleos de helio.
  • Una gran cantidad de elementos, entre ellos los necesarios para el desarrollo de la vida tal y como la conocemos, como carbono, nitrógeno y oxígeno, se forman en las reacciones de fusión nuclear que ocurren en el interior de las estrellas. En las estrellas con masas de hasta ocho veces la masa del Sol estas reacciones no producen elementos más pesados que el nitrógeno, mientras que en las estrellas más masivas sí se sobrepasa este límite a medida que aumenta la temperatura del núcleo de la estrella, hasta llegar al hierro, que no puede ser fusionado porque la reacción requiere de más energía de la que produce.

Y aquí es cuando llegamos al quid de la cuestión. La gran mayoría de los elementos más pesados que el hierro se forman mediante un proceso llamado captura de neutrones que ocurre, o bien en los últimos momentos de la vida de  estrellas similares al Sol, o bien en el dramático y violento final de estrellas mucho más masivas que el Sol. Dependiendo de la cantidad de neutrones disponibles y de la velocidad de estos, este proceso de captura de neutrones se denomina “lento” (proceso-s, del inglés ”slow”) o “rápido” (proceso-r, del inglés ”rapid”) y se forman unos elementos u otros. Hay también algunos elementos que se pueden formar por los dos procesos, entre ellos el kriptón, que da nombre al planeta de uno de nuestros superhéroes favoritos.

La captura lenta de neutrones ocurre en la tenue envoltura de estrellas similares al Sol que están en la fase final de sus vidas, conocida como fase de la rama asintótica de gigantes. Durante esa fase, las estrellas generan neutrones en capas externas al núcleo y estos neutrones, al reaccionar con otros elementos, van formando isótopos cada vez más pesados del mismo elemento hasta que una desintegración nuclear tipo beta, en la que se emite un electrón y un neutrino, da lugar a otro elemento más pesado, y así sucesivamente. Así se forman varios elementos más pesados que el hierro en el Universo, entre ellos, buena parte del telurio del Universo, ese elemento que dicen que nos va a sacar de pobres. Pero no todos se pueden formar por esta vía.

El resto de elementos pesados se forman en lo que se conoce como nucleosíntesis explosiva, en la que el proceso-r tiene lugar debido a la enorme cantidad de neutrones disponibles. Hasta hace relativamente poco tiempo se pensaba que, en la explosión de una supernova de colapso del núcleo de hierro, la captura de neutrones mediante el proceso-r generaba la mayoría de los elementos más pesados que el hierro. El problema es que observaciones de la supernova más cercana a nosotros, y la más estudiada, SN1987A, contradecían este modelo. Eso implicaba que, o bien cada supernova produce muy poca cantidad de estos elementos, o bien solo una pequeña cantidad es expulsada al medio interestelar.

Aquí es donde entra en juego el reciente descubrimiento por parte de la colaboración LIGO/VIRGO de ondas gravitacionales provenientes de la fusión de dos estrellas de neutrones (GW170817). Modelos teóricos propuestos en los años setenta, y refinados en las dos décadas siguientes, predecían que la fusión de dos estrellas de neutrones da lugar al flujo de neutrones necesario para formar elementos mucho más pesados que el hierro. Este fenómeno astronómico se conoce como una kilonova y libera muchísima más energía que una supernova, pero hasta la detección de ondas gravitacionales provenientes de la fusión de estas dos estrellas, combinada con la detección simultánea de emisión en varias bandas del espectro electromagnético, no se había confirmado su existencia. Además, los modelos aplicados de producción de elementos pesados por procesos-r fueron completamente consistentes con la evolución del brillo de GW170817 en distintas bandas del espectro electromagnético. Así, varios de los artículos científicos que salieron simultáneamente al anuncio del descubrimiento de las ondas gravitacionales provenientes de GW170817 confirmaron que los datos eran consistentes con que el oro, el platino y buena parte de la plata que usted pueda tener en su joyero, así como muchos otros elementos pesados de la tabla periódica, como la mayoría de elementos con isótopos radioactivos (como el uranio y el radio), provienen de este tipo de eventos cósmicos.

IMAGEN: Impresión artística de la fusión de dos estrellas de neutrones, origen de una kilonova. Crédito: ESO/Universidad de Warwick/Mark Garlick

BIOGRAFÍA: Jorge García Rojas es un astrofísico lagunero. Tras estudiar Ciencias Físicas, especialidad de Astrofísica, en la Universidad de La Laguna, estuvo unos años dando clases en centros de secundaria de Tenerife y Lanzarote, hasta que decidió retomar su primer amor y obtuvo el título de Doctor en Astrofísica por la Universidad de La Laguna. Después pasó unos años en México y regresó a Canarias como astrónomo de soporte de los Observatorios del Teide y del Roque de los Muchachos. Actualmente es investigador Severo Ochoa en la línea de “Estrellas y Medio Interestelar” en el Instituto de Astrofísica de Canarias.