Un equipo de investigadores internacionales volvió a la formación del sistema solar hace 4.600 millones de años para obtener nuevos conocimientos sobre el origen cósmico de los elementos más pesados de la tabla periódica.
Dirigido por científicos que colaboran como parte de la Red Internacional de Investigación en Astrofísica Nuclear IReNA y el Instituto Conjunto de Astrofísica Nuclear - Centro para la Evolución de los Elementos JINA-CEE, el estudio se publica en el último númerode la revista ciencia .
Los elementos pesados que encontramos en nuestra vida cotidiana, como el hierro y la plata, no existían al comienzo del universo, hace 13.700 millones de años. Fueron creados en el tiempo a través de reacciones nucleares llamadas nucleosíntesis que combinaban átomos. En particular, el yodo, oro, platino, uranio, plutonio y curio, algunos de los elementos más pesados, fueron creados por un tipo específico de nucleosíntesis llamado proceso de captura rápida de neutrones o proceso r.
La cuestión de qué eventos astronómicos pueden producir los elementos más pesados ha sido un misterio durante décadas. Hoy en día, se cree que el proceso r puede ocurrir durante colisiones violentas entre dos estrellas de neutrones, entre una estrella de neutrones y un agujero negro, o duranteraras explosiones después de la muerte de estrellas masivas. Tales eventos altamente energéticos ocurren muy raramente en el universo. Cuando suceden, los neutrones se incorporan al núcleo de los átomos y luego se convierten en protones. Dado que los elementos de la tabla periódica se definen por el número deprotones en su núcleo, el proceso r acumula núcleos más pesados a medida que se capturan más neutrones.
Algunos de los núcleos producidos por el proceso r son radiactivos y tardan millones de años en descomponerse en núcleos estables. El yodo-129 y el curio-247 son dos de esos núcleos que se produjeron antes de la formación del sol.incorporado en sólidos que eventualmente cayeron en la superficie de la tierra como meteoritos. Dentro de estos meteoritos, la desintegración radiactiva generó un exceso de núcleos estables. Hoy, este exceso se puede medir en laboratorios para determinar la cantidad de yodo-129 ycurio-247 que estaban presentes en el sistema solar justo antes de su formación.
¿Por qué estos dos núcleos de proceso r son tan especiales? Tienen una propiedad peculiar en común: se desintegran casi exactamente a la misma velocidad. En otras palabras, la proporción entre yodo-129 y curio-247 no ha cambiado desde sucreación, hace miles de millones de años.
"Esta es una coincidencia asombrosa, sobre todo teniendo en cuenta que estos núcleos son dos de los cinco núcleos radiactivos del proceso r que se pueden medir en meteoritos", dice Benoit Côté del Observatorio Konkoly, el líder del estudio. "Con el yodoLa proporción de -129 a curio-247 está congelada en el tiempo, como un fósil prehistórico, podemos tener una mirada directa a la última ola de producción de elementos pesados que construyó la composición del sistema solar, y todo lo que contiene ".
El yodo, con sus 53 protones, se crea más fácilmente que el curio con sus 96 protones. Esto se debe a que se necesitan más reacciones de captura de neutrones para alcanzar el mayor número de protones del curio. Como consecuencia, la relación entre yodo-129 y curio-247depende en gran medida de la cantidad de neutrones que estaban disponibles durante su creación.
El equipo calculó las proporciones de yodo-129 a curio-247 sintetizadas por colisiones entre estrellas de neutrones y agujeros negros para encontrar el conjunto correcto de condiciones que reproducen la composición de los meteoritos. Concluyeron que la cantidad de neutrones disponibles durante la última r-El evento del proceso antes del nacimiento del sistema solar no podría ser demasiado alto. De lo contrario, se habría creado demasiado curio en relación con el yodo. Esto implica que fuentes muy ricas en neutrones, como la materia arrancada de la superficie de una estrella de neutrones duranteuna colisión, probablemente no jugó un papel importante.
Entonces, ¿qué creó estos núcleos de proceso r? Si bien los investigadores pudieron proporcionar información nueva y reveladora sobre cómo se hicieron, no pudieron precisar la naturaleza del objeto astronómico que los creó. Esto se debe a que los modelos de nucleosíntesis se basan en datos inciertospropiedades nucleares, y todavía no está claro cómo vincular la disponibilidad de neutrones a objetos astronómicos específicos, como explosiones masivas de estrellas y estrellas de neutrones en colisión.
"Pero la capacidad de la proporción de yodo-129 a curio-247 para observar más directamente la naturaleza fundamental de la nucleosíntesis de elementos pesados es una perspectiva emocionante para el futuro", dijo Nicole Vassh de la Universidad de Notre Dame, coautora de laestudio.
Con esta nueva herramienta de diagnóstico, los avances en la fidelidad de las simulaciones astrofísicas y en la comprensión de las propiedades nucleares podrían revelar qué objetos astronómicos crearon los elementos más pesados del sistema solar.
"Estudios como este solo son posibles cuando se reúne un equipo multidisciplinario, donde cada colaborador contribuye a una pieza distinta del rompecabezas. La reunión de Fronteras JINA-CEE 2019 brindó el entorno ideal para formalizar la colaboración que condujo al resultado actual", Dijo Côté.
Este trabajo fue apoyado en parte por JINA-CEE, un Centro de Fronteras de Física de la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU. NSF que opera bajo la subvención No. PHY-1430152, y por IReNA, una Red de Redes NSF AccelNet que opera bajo la subvención OISE-1927130.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instalación de la Universidad Estatal de Michigan para haces de isótopos raros . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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