¿Cómo se producen los elementos químicos en nuestro Universo? ¿De dónde provienen los elementos pesados como el oro y el uranio? Mediante simulaciones por computadora, un equipo de investigación del GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung en Darmstadt, junto con colegas de Bélgica y Japón, muestra que la síntesisde elementos pesados es típico de ciertos agujeros negros con acumulaciones de materia en órbita, los llamados discos de acreción. La abundancia predicha de los elementos formados proporciona una idea de qué elementos pesados deben estudiarse en laboratorios futuros, como la Instalación de Antiprotones e Iones.Investigación FAIR, actualmente en construcción, para desentrañar el origen de los elementos pesados. Los resultados se publican en la revista Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society.
Todos los elementos pesados en la Tierra hoy en día se formaron bajo condiciones extremas en entornos astrofísicos: estrellas en el interior, en explosiones estelares y durante la colisión de estrellas de neutrones. Los investigadores están intrigados con la pregunta de cuál de estos eventos astrofísicos son las condiciones adecuadas para la formación.de los elementos más pesados, como el oro o el uranio, existen. La espectacular primera observación de ondas gravitacionales y radiación electromagnética originada en una fusión de estrellas de neutrones en 2017 sugirió que se pueden producir y liberar muchos elementos pesados en estas colisiones cósmicas. Sin embargo, la preguntapermanece abierto en cuanto a cuándo y por qué se expulsa el material y si puede haber otros escenarios en los que se puedan producir elementos pesados.
Los candidatos prometedores para la producción de elementos pesados son los agujeros negros orbitados por un disco de acreción de materia densa y caliente. Este sistema se forma tanto después de la fusión de dos estrellas de neutrones masivas como durante el llamado colapso, el colapso y la posterior explosión deuna estrella giratoria. La composición interna de tales discos de acreción no se ha entendido bien hasta ahora, particularmente con respecto a las condiciones bajo las cuales se forma un exceso de neutrones. Un alto número de neutrones es un requisito básico para la síntesis de elementos pesados, comopermite el proceso rápido de captura de neutrones o proceso r. Los neutrinos casi sin masa juegan un papel clave en este proceso, ya que permiten la conversión entre protones y neutrones.
"En nuestro estudio, investigamos sistemáticamente por primera vez las tasas de conversión de neutrones y protones para un gran número de configuraciones de disco por medio de elaboradas simulaciones por computadora, y encontramos que los discos son muy ricos en neutrones siempre y cuando ciertosse cumplen las condiciones ", explica el Dr. Oliver Just del grupo de Astrofísica Relativista de la Teoría de la división de investigación de GSI." El factor decisivo es la masa total del disco. Cuanto más masivo es el disco, más a menudo se forman neutrones a partir de protones a través de la captura deelectrones bajo emisión de neutrinos, y están disponibles para la síntesis de elementos pesados por medio del proceso r. Sin embargo, si la masa del disco es demasiado alta, la reacción inversa juega un papel más importante para que más neutrinos sean recapturados por neutronesantes de que salgan del disco. Estos neutrones luego se convierten de nuevo en protones, lo que dificulta el proceso r ". Como muestra el estudio, la masa óptima del disco para la producción prolífica de elementos pesados es aproximadamentet 0,01 a 0,1 masas solares.El resultado proporciona una fuerte evidencia de que las fusiones de estrellas de neutrones que producen discos de acreción con estas masas exactas podrían ser el punto de origen de una gran fracción de los elementos pesados.Sin embargo, actualmente no está claro si estos discos de acreción ocurren en sistemas colapsados y con qué frecuencia.
Además de los posibles procesos de eyección de masa, el grupo de investigación liderado por el Dr. Andreas Bauswein también está investigando las señales de luz generadas por la materia expulsada, que se utilizarán para inferir la masa y composición de la materia expulsada en futuras observacionesde estrellas de neutrones en colisión. Un componente importante para leer correctamente estas señales de luz es el conocimiento preciso de las masas y otras propiedades de los elementos recién formados ". Estos datos son actualmente insuficientes. Pero con la próxima generación de aceleradores, como FAIR,será posible medirlos con una precisión sin precedentes en el futuro. La interacción bien coordinada de modelos teóricos, experimentos y observaciones astronómicas nos permitirá a los investigadores en los próximos años probar las fusiones de estrellas de neutrones como el origen de los elementos del proceso r,"predice Bauswein.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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