Somos polvo de estrellas

El Big Bang sólo produjo hidrógeno, helio y pequeñas trazas de elementos ligeros, como el litio de nuestras baterías. Son los elementos primordiales. Las reacciones de fusión de las estrellas pueden sintetizar el resto de los elementos de la tabla periódica necesarios para la vida, pero no los de número atómico más elevado, a los que llamaremos elementos “pesados”. El elemento de corte se suele colocar en el hierro, aunque esta frontera es un tanto difusa.

La razón es que las reacciones de fusión para producir esos elementos más pesados no producen energía, sino que la consumen. De hecho, la mejor manera de crear esos elementos pesados es por captura de neutrones.

Hasta hace no tanto se decía que esos elementos pesados, como el oro de nuestras joyas, el uranio de nuestros reactores o el platino que cataliza tanta química moderna, procedían de las propias explosiones de supernovas, una vez que la estrella ya no puede mantener más reacciones de fusión. Las simulaciones de modelos de explosiones de supernova no confirman dicha síntesis.

Hace tres años se publicaba en NeoFronteras una noticia sobre un estudio en el que se proponía que los elementos pesados se sintetizaban en colisiones entre estrellas de neutrones. El estudio era teórico, pero predecía bastante bien la síntesis de estos elementos a través del proceso “r” de captura de neutrones rápidos.

Lo bonito de la ciencia es que nos proporciona un método objetivo para rechazar las hipótesis o teorías. No importa lo bonita que sea, lo aceptada que esté en la comunidad o lo famosos o importantes que sean los gurús que mantienen una teoría, si el experimento falsa dicha teoría entonces esa teoría va a la basura.

La observación de estallidos de rayos gamma ha permitido comprobar que, efectivamente, en las colisiones de estrellas de neutrones se generan elementos pesados. Así, los investigadores que han hecho el descubrimiento estiman que la cantidad de oro eyectado por la colisión de dos estrellas de neutrones es de 10 masas lunares.

Estos estallidos se generan cuando chocan las estrellas de neutrones, que es el objeto que a veces queda tras una explosión supernova. Estos estallidos son las explosiones electromagnéticas más brillantes del Universo, tanto que se han detectado procedentes de los lugares más alejados del universo visible.

Los astrofísicos estiman que en nuestra Vía Láctea se da una colisión de dos estrellas de neutrones cada 100.000 años, así que todos los eventos de este tipo que se registran no proceden de la Vía Láctea y tienen una distribución aleatoria en el cielo.

Edo Berger, del Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) y sus colaboradores estudiaron el estallido GRB 130603B que se dio a 3900 millones de años luz de nosotros, que fue uno de los estallidos más cercanos registrados. Fue registrado el pasado 3 de junio por el satélite Swift de la NASA y duró 0,2 segundos.

Aunque estos estallidos duran muy poco tiempo, se puede estudiar el remanente infrarrojo que viene después si los astrónomos se dan prisa en apuntar sus telescopios a ese lugar del cielo. El análisis de esa luz remanente reveló que no procedía de los sistemas de generación tradicionales, sino que estaba alimentado precisamente por el decaimiento radiactivo de los elementos sintetizados durante la colisión. Esto supone una corroboración de la nueva teoría que explica el origen de los elementos pesados.

Cuando este tipo de estrellas colisionan, las fuerzas de marea y de presión producen chorros de materia extremadamente caliente con una masa superior en varias veces a la masa de Júpiter. Es durante el enfriamiento de este plasma cuando se produce la mencionada síntesis nuclear de elementos pesados. Estos elementos son reciclados en cadenas nucleares que involucran también la fisión de núcleos superpesados y que finalmente dan lugar a los elementos pesados estables que podemos observar, por ejemplo en la corteza terrestre. El resultado es prácticamente insensible a las condiciones iniciales.

Los investigadores implicados calculan que cerca de una centésima de masa solar fue eyectada en la colisión que produjo GRB 130603B. Parte de ese material estaría constituido por elementos pesados, entre ellos el oro. Si se estima la cantidad de oro producida en una estas colisiones y el número de colisiones de este tipo que han tenido lugar hasta ahora, se puede afirmar sólo son necesarias este tipo de colisiones para explicar la cantidad de oro que hay en todo el Universo.  

Si imaginamos recorrer todo el espacio sideral y ser capaces de alcanzar las supernovas y las estrellas de neutrones después de que se fusionan podríamos hacernos ricos al recolectar el oro (Au) que forman, pero hasta que eso no sea posible, tendremos que conformarnos con el disponible en nuestra Tierra.

Se preguntarán: ¿por qué en una supernova o en un par de estrellas de neutrones uniéndose? Resulta que este valioso metal se produce en las estrellas más pesadas que el Sol, al igual que otros metales. De acuerdo a los conocimientos actuales sobre el Universo, los astrónomos infieren que el oro podría provenir de estos tipos de estrellas.

Al respecto, investigadores del Instituto de Astronomía, han dicho que este elemento de la tabla periódica se considera muy valioso no sólo por su color, brillo y características muy especiales, sino también porque su existencia es reducida en nuestro planeta y en todo el Universo, lo cual lo hace muy preciado.

Su origen

Todos los elementos de la tabla periódica se generaron en las estrellas (excepto el hidrógeno y el helio que se formaron en la Gran Explosión), y se encuentran ordenados de acuerdo a su peso. Algunos de ellos surgieron por fusión con núcleos de helio, hasta el hierro. Elementos más pesados que el hierro no pueden producirse de esa manera.

Así, todos aquellos que se encuentran después de este metal se crean a través de capturas de neutrones, ya que estas partículas tienen masa pero no tienen carga.

En cuanto al oro, se requiere muchísima energía para crearlo. Por ello, los expertos se han planteado que podrían existir estas dos fuentes de producción, como ya se mencionó, las supernovas de origen masivo y las estrellas de neutrones.

Las supernovas de tipo masivo, provienen de estrellas con masa mayor que unas ocho veces la masa de nuestro Sol, y cuando agotan su combustible nuclear, se colapsan en menos de un segundo y en la explosión producen oro.

Otra teoría más reciente y que continúa en estudio, es que el oro también proviene de la fusión de un par de estrellas de neutrones, las cuales son el cadáver de una supernova de tipo masivo, aquello que queda en su centro después de que explotó la supernova.

En ocasiones, estos cuerpos celestes andan en pareja y giran una alrededor de la otra y se atraen hasta chocar y fusionarse. En ese momento se produce el oro, y se queda vagando por el espacio interestelar.

¿Cómo llegó a la Tierra?

El Universo tiene una edad aproximada de 13 mil 800 millones de años, y desde entonces han nacido y muerto millones de estrellas, que han dejado elementos químicos en el medio entre las estrellas.

Las partes mas frías de este medio se condensan en forma de nubes moleculares donde se originan nuevas estrellas y planetas. En una de estas nubes nació nuestro sistema solar formado hace 4 mil 600 millones de años, y contenían elementos químicos, sobre todo hidrógeno y helio, además de pequeñas fracciones de todos los compuestos de nuestra tabla periódica.

Así, los planetas se formaron con elementos químicos pesados como hierro, silicio, oro y otros que podrían considerarse los ladrillos fundamentales de nuestro hogar, la Tierra. De hecho, todo el oro de nuestra Tierra fue producido por las supernovas de tipo masivo y por los pares de estrellas de neutrones fusinados que murieron en la vecindad solar antes de que naciera nuestro Sol.

Además, todo lo que tenemos en nuestro organismo, carbono, oxígeno, hierro, entre otros,  también surgieron de estos cuerpos estelares y de otros tipos de supernovas y nebulosas planetarias. Por ello, se dice que somos polvo de estrellas, y es cierto, lo somos.

Mientras tanto, cuando tengamos oro en nuestras manos podríamos pensar que en realidad tenemos polvo de supernovas y de estrellas de neutrones después de que se unieron. Quizás así podremos entender que sea tan costos