La captura rápida de neutrones, llamada proceso r, ocurre en ambientes ricos en neutrones, como fusiones de estrellas de neutrones o ciertos tipos de supernovas. Se cree que este proceso produce muchos elementos químicos más pesados que el hierro, pero los detalles no se conocen bien y no se pueden estudiar en el laboratorio. En una nueva investigación, el físico teórico del Laboratorio Nacional de Los Álamos, Matthew Mombower, y sus colegas analizan la abundancia de elementos del proceso r observados previamente en las estrellas. Identificaron abundancias excesivas correlacionadas de ciertos elementos en algunas estrellas, lo que es consistente con que estos elementos sean productos de fisión de elementos más pesados. Estos resultados indican que algunos eventos del proceso r hacen que los elementos sean más pesados que el uranio, que luego se descomponen en los elementos observados en las estrellas.
La fusión de dos estrellas de neutrones se encuentra entre los principales sitios candidatos para el ensamblaje de los elementos más pesados de la tabla periódica mediante el proceso r. Crédito de la imagen: Matthew Mumpower, Laboratorio Nacional de Los Álamos.
«La gente pensaba que se estaba produciendo fisión en el universo, pero hasta ahora nadie había podido demostrarlo», dijo el Dr. Mumpower.
«Utilizando las últimas observaciones, hemos encontrado una conexión entre pequeños metales ligeros como la plata y núcleos de tierras raras como el europio».
«Cuando uno de estos conjuntos de elementos aumenta, los elementos correspondientes del otro conjunto también aumentan y la correlación es positiva».
Los astrofísicos han creído durante mucho tiempo que otros elementos pesados además del hierro se formaron en explosiones estelares llamadas supernovas o cuando dos estrellas de neutrones se fusionaron.
Como sugiere el nombre, este último se compone principalmente de neutrones, que junto con los protones forman el núcleo de todos los átomos.
A través del proceso r, los núcleos atómicos atraen neutrones para formar elementos más pesados. Si algunos se volvieron demasiado pesados para mantenerse unidos y se dividieron, o se fisionaron, formando dos átomos a partir de elementos más ligeros pero pesados (y liberando una enorme energía) siguió siendo un misterio durante medio siglo.
En 2020, el Dr. Mumpower y sus coautores predijeron por primera vez las distribuciones de fragmentos de fisión del núcleo del proceso r.
Un estudio posterior predijo la coproducción de metales ligeros finos y núcleos de tierras raras.
Esta coproducción de elementos como rutenio, rodio, paladio y plata, y elementos como europio, gadolinio, disprosio y holmio, puede comprobarse comparando predicciones de abundancia de elementos en un grupo de estrellas.
En la nueva investigación, los investigadores analizaron datos de observación de 42 estrellas y encontraron con precisión la correlación esperada.
El patrón proporciona una señal clara de la fisión que crea estos elementos y un patrón similar de elementos ligeramente más pesados más arriba en la tabla periódica.
Los resultados también indican la posibilidad de la existencia de elementos con una masa atómica de 260, que son más pesados que los que se muestran en la parte superior de la tabla periódica.
«La asociación es muy fuerte en estrellas potenciadas por el proceso de búsqueda en las que tenemos datos suficientes», dijo el Dr. Mumbour.
«Cada vez que la naturaleza produce un átomo de plata, también produce núcleos de tierras raras más pesados. La formación de estas combinaciones de elementos avanza a un ritmo constante.
«Demostramos que sólo un mecanismo podría ser responsable de esto: la fisión, y la gente ha estado pensando en esto desde la década de 1950».
el equipo papel Aparece en la revista Ciencias.
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Ian U. Roderer et al. 2023. Los patrones de abundancia de elementos en las estrellas indican fisión de núcleos más pesados que el uranio. Ciencias 382 (6675): 1177-1180; doi: 10.1126/ciencia.adf1341
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