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24/10/2019

Ha sido detectado estroncio en la kilonova que se formó tras las colisión de estrellas de neutrones en 2017, por lo que se confirma que este elemento pesado se sintetiza en este tipo de eventos.

El llegar a ver y estudiar la kilonova que se produjo al chocar

dos estrellas de neutrones en 2017 fue un gran logro científico. Fue, además, la inauguración de la Astronomía multimensajero en la que un mismo fenómeno fue observado con ondas gravitacionales y con ondas electromagnéticas.

La observación de este evento por ondas gravitacionales y por ondas electromagnéticas, es decir por radio, infrarrojo, luz visible, ultravioleta, rayos X y rayos gamma fue clave para entender y confirmar cómo se forman los elementos pesados.

Esta colisión dio lugar a la primera detección de las ondas gravitacionales producidas en las colisión de estrellas de neutrones realizado por el consorcio LIGO-VIRGO. Al evento se le denominó GW170817.

Muchos elementos de la tabla periódica se sintetizan en el interior de las estrellas, pero los más pesados que el hierro, como el estroncio o el uranio no pueden crearse de este modo. Para ello se necesita un proceso de captura rápida de neutrones.

Explicar cómo se forman los elementos pesados es complicado porque cuanto mayor es el número atómico de un núcleo más difícil es mantener los protones unidos entre sí debido a la repulsión que sufren al tener todos la misma carga eléctrica.

Los que hacen de pegamento en el núcleo son los neutrones y se necesitan cada vez más neutrones conforme aumenta ese número atómico. Básicamente se desintegra si no hay suficientes neutrones. Esta es la razón por la que es muy complicado que estos elementos se formen a través de reacciones de fusión nuclear convencionales. La situación es distinta en la colisión de estrellas de neutrones, pues en ese contexto sobran neutrones para sintetizar elementos pesados.

La última confirmación al respecto se publica hoy en Nature. Se trata de la detección en los espectros de estroncio, un elemento pesado y que se ha formado mediante un proceso de captura rápida de neutrones tras la kilonova.

El logro se ha realizado gracias al espectógrafo X-shooter que el ESO tiene instalado en el telescopio VLT en Chile. En los espectros tomados las líneas de absorción de este elemento estaban en los 350 y 850 nanometros, tal y como se había predicho. Han evaluado que la cantidad de estroncio detectado corresponde a una masa igual a 5 veces la masa de la Tierra.

La primera pista en 2017 de este evento de colisión vino del observatorio de rayos gamma Fermi que fue el que dio la voz de alarma. Pero Fermi tiene una resolución espacial muy mala. Cuando se miró en los datos de LIGO se vio que la señal de ondas gravitacionales estaba ahí y había pasado desapercibida. La señal era lo suficientemente potente como para que el fenómeno fuera detectado por VIRGO, pero VIRGO no lo detectó, por lo que tenía la orientación ciega respecto a ese punto del cielo. Esto permitió restringir mucho la zona del cielo en la que se produjo la colisión y ver la kilonova en una galaxia situada a 140 millones de años luz con telescopios óptimos, infrarrojos y de radio. Fue entonces cuando se pudo ver la kilonova.

Desde entonces varios equipos de investigadores han estado haciendo un seguimiento del evento. Este grupo ha usado X-shooter para estudiarlo en infrarrojo cercano, visible y ultravioleta. Es ahora cuando han podido detectar estroncio en los espectros tomados (o más bien publicado sus resultados). En 2017 no se pudo detectar este elemento.

Este elemento químico forma parte de la corteza terrestre, es confundido por calcio por nuestros huesos y da un bonito color rojo a los fuegos artificiales.

El proceso nuclear mediante el cual se forman los elementos pesados que el hierro en la kilonova es la captura rápida de neutrones. En este proceso los núcleos atómicos capturan neutrones lo suficientemente rápido como para sintetizar estos elementos sin que se desintegren antes. Esto sólo puede darse si las condiciones son extremas y los núcleos son bombardeados por una vasta cantidad de neutrones.

El haberse detectado estroncio se tiene una conformación más de que los elementos pesados se forman en estas colisiones.

De todos modos, los astrofísicos sólo están empezando a entender en detalle qué pasa durante estos procesos. Incluso la ecuación de estado de las estrellas de neutrones no es muy bien conocida, pues sólo se tiene un caso de colisión entre estrellas de neutrones que se haya hecho público hasta el momento. Conforme se vayan conociendo más casos y se tomen más datos se comprenderá mejor el fenómeno.

Ahora que se aproximan las fiestas navideñas y la noche de fin de año fíjese en los fuegos artificiales que dan color rojo, ahí hay estroncio que se formó en la colisión de dos estrellas de neutrones hace miles de millones de años antes de que se formara el Sistema Solar.

Copyleft: atribuir con enlace a htpps://neofronteras.com

Fuentes y referencias:

Artículo original.

Ilustración: ESO/L. Calçada/M. Kornmesser.

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