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29 de Octubre de 2019
Astrofísica

Se confirma que las colisiones de estrellas de neutrones crean elementos pesados

En la radiación del suceso de ondas gravitatorias GW170817 se ha detectado la presencia de estroncio. Es una confirmación de que es en sucesos así donde deben de formarse alrededor de la mitad de los elementos más pesados que el hierro. El origen de esos núcleos atómicos estuvo poco claro para los investigadores durante decenios.

Las fusiones de dos estrellas de neutrones no solo crean ondas gravitatorias y una explosión del tipo kilonova: son la forja de muchos de los elementos químicos más pesados, como el oro o el uranio [ESO/L. Calçada/M. Kornmesser].

Buena parte de los elementos más pesados que el hierro, en concreto los que se generan mediante el llamado proceso r, se forman en el universo principalmente allá y cuando dos estrellas de neutrones chocan y se fusionan en un solo objeto celeste.

El proceso r consiste en la absorción muy rápida de neutrones por núcleos atómicos. Hasta no hace mucho distaba de estar claro en qué circunstancias astrofísicas se producía. Darach Watson, del Instituto Niels Bohr de la Universidad de Copenhague, y sus colaboradores han captado ahora la señal de uno de los elementos que se generan mediante el proceso r: acababa de crearse tras la colisión de dos estrellas de neutrones. Como explican en Nature, en la radiación de la kilonova AT2017gfo hay líneas de absorción del estroncio, el metal cuyo número atómico es 38 (el del hierro es el 26). Aquel fogonazo en la galaxia NGC 4993 (las kilonovas son unas mil veces más brillantes que una nova) coincidió con el suceso de ondas gravitatorias GW170817. Ambos fenómenos fueron el resultado dual, según se sigue del análisis de esas ondas, de que dos estrellas de neutrones se fundiesen (en una estrella de neutrones o en un agujero negro).

Hasta ahora, GW170817 es el único episodio de detección de ondas gravitatorias que además ha estado acompañado por la observación con telescopios terrestres y espaciales de las radiaciones electromagnéticas concomitantes. Desde hacía algún tiempo, los expertos estaban conjeturando que las colisiones de estrellas de neutrones eran la principal fuente de los elementos pesados creados mediante el proceso r, no las supernovas resultantes del colapso de un núcleo de estrella, como se había solido creer pero sin poder despejar todas las dificultades de la idea. El espectro de la kilonova asociada AT2017gfo parecía ratificar la idea, ya que era compatible con que en el fenómeno se hubiesen desencadenado procesos r, con la consiguiente creación de elementos pesados. Sin embargo, no se había podido detectar ninguno de estos en concreto de forma plenamente rigurosa. 

Ahora, gracias a un nuevo análisis del espectro de AT2017gfo, el equipo de Watson ha aportado la prueba más clara a favor del origen de muchos elementos pesados en los choques de estrellas de neutrones. El estroncio tenía que resultar visible en el espectro de un suceso así en una fase muy temprana, pero comprobarlo era una tarea muy exigente. Es la que emprendieron Watson y sus colaboradores, y con éxito.

La confirmación no solo es importante para la cuestión del origen de los elementos pesados, sino como ratificación de la naturaleza de las estrellas de neutrones mismas: que en un choque de estrellas de neutrones se creen elementos que se generan mediante el proceso r muestra que las estrellas de neutrones realmente están formadas por materia muy rica en neutrones.

Lars Fischer

Referencia: «Identification of strontium in the merger of two neutron stars», de Darach Watson et al. en Nature, volumen 574, páginas 497–500 (2019).

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