Vea También
Un nuevo estudio realizado por investigadores del MIT y de la Universidad de New Hampshire revela que, de dos fuentes de metales pesados de las que se sospechaba desde hace tiempo, una es más una mina de oro que la otra. El estudio, publicado hoy (25 de octubre de 2021) en Astrophysical Journal Letters, informa de que en los últimos 2.500 millones de años se produjeron más metales pesados en las fusiones binarias de estrellas de neutrones, o colisiones entre dos estrellas de neutrones, que en las fusiones entre una estrella de neutrones y un agujero negro.
El estudio es el primero que compara los dos tipos de fusión en términos de producción de metales pesados, y sugiere que las estrellas binarias de neutrones son una fuente cósmica probable para el oro, el platino y otros metales pesados que vemos hoy en día. Los hallazgos también podrían ayudar a los científicos a determinar el ritmo de producción de metales pesados en el universo.
"Lo que nos parece emocionante de nuestro resultado es que, con cierto nivel de confianza, podemos afirmar que las estrellas de neutrones binarias son probablemente más una mina de oro que las fusiones de estrellas de neutrones y agujeros negros", afirma la autora principal, Hsin-Yu Chen, postdoc del Instituto Kavli de Astrofísica e Investigación Espacial del MIT.
Los coautores de Chen son Salvatore Vitale, profesor adjunto de física del MIT, y Francois Foucart, de la UNH.
Un destello eficaz
Cuando las estrellas experimentan la fusión nuclear, necesitan energía para fusionar protones y formar elementos más pesados. Las estrellas son eficientes en la producción de elementos más ligeros, desde el hidrógeno hasta el hierro. Sin embargo, la fusión de más de los 26 protones del hierro se vuelve energéticamente ineficiente.
"Si se quiere ir más allá del hierro y construir elementos más pesados como el oro y el platino, se necesita alguna otra forma de unir protones", afirma Vitale.
Los científicos han sospechado que las supernovas podrían ser una respuesta. Cuando una estrella masiva colapsa en una supernova, el hierro de su centro podría combinarse con elementos más ligeros en la precipitación extrema para generar elementos más pesados.
Una mina de oro binaria
Chen y sus colegas se preguntaron: ¿Cómo podrían compararse las fusiones de estrellas de neutrones con las colisiones entre una estrella de neutrones y un agujero negro? Este es otro tipo de fusión que ha sido detectado por LIGO y Virgo y podría ser potencialmente una fábrica de metales pesados. Los científicos sospechan que, en determinadas condiciones, un agujero negro podría perturbar una estrella de neutrones de tal manera que esta chispearía y arrojaría metales pesados antes de que el agujero negro se tragara por completo la estrella.
El equipo se propuso determinar la cantidad de oro y otros metales pesados que cada tipo de fusión podría producir normalmente. Para su análisis, se centraron en las detecciones realizadas hasta la fecha por LIGO y Virgo de dos fusiones binarias de estrellas de neutrones y dos fusiones de estrellas de neutrones con agujeros negros.
Los investigadores estimaron primero la masa de cada objeto en cada fusión, así como la velocidad de rotación de cada agujero negro, razonando que si un agujero negro es demasiado masivo o lento, se tragaría una estrella de neutrones antes de que tuviera la oportunidad de producir elementos pesados. También determinaron la resistencia de cada estrella de neutrones a ser perturbada. Cuanto más resistente es una estrella, menos probable es que produzca elementos pesados. También estimaron la frecuencia con la que se produce una fusión en comparación con la otra, basándose en las observaciones de LIGO, Virgo y otros observatorios.
Por último, el equipo utilizó simulaciones numéricas desarrolladas por Foucart para calcular la cantidad media de oro y otros metales pesados que produciría cada fusión, dadas las distintas combinaciones de masa, rotación, grado de perturbación y frecuencia de los objetos.
Por término medio, los investigadores descubrieron que las fusiones de estrellas de neutrones binarias podían generar de dos a cien veces más metales pesados que las fusiones entre estrellas de neutrones y agujeros negros. Se calcula que las cuatro fusiones en las que basaron su análisis se produjeron en los últimos 2.500 millones de años. Concluyen, pues, que durante este periodo, al menos, se produjeron más elementos pesados por fusiones de estrellas de neutrones binarias que por colisiones entre estrellas de neutrones y agujeros negros.
Fuentes, créditos y referencias:
“The Relative Contribution to Heavy Metals Production from Binary
Neutron Star Mergers and Neutron Star–Black Hole Mergers” by Hsin-Yu
Chen, Salvatore Vitale and Francois Foucart, 25 October 2021, Astrophysical Journal Letters.
DOI: 10.3847/2041-8213/ac26c6
Imagen: Una nueva investigación sugiere que las estrellas binarias de neutrones son una fuente cósmica probable para el oro, el platino y otros metales pesados que vemos hoy en día. Crédito: National Science Foundation/LIGO/Sonoma State University/A. Simonnet, editado por MIT News