Nuevos datos sobre la formación de elementos pesados en nuestra galaxia

Ilustración de la fusión de dos estrellas de neutrones, uno de los escenarios propuestos para la formación de muchos de los elementos pesados. / NATIONAL SCIENCE FOUNDATION/LIGO/SONOMA STATE UNIV

Científicos de la Universidad de Granada y otros centros europeos han presentado un modelo de evolución química de galaxias con el que se puede simular la interacción entre estrellas de diferente masa y metalicidad con el gas interestelar. De esta forma se puede calcular la evolución de las abundancias de los elementos químicos en la Vía Láctea.

La detección en el año 2017 de elementos pesados, como el oro o el platino, en el evento resultante de la fusión de dos estrellas de neutrones (fenómeno denominado kilonova) asociado a la señal de ondas gravitacionales GW 170717, ha supuesto un hito en el campo de la nucleosíntesis estelar y astrofísica nuclear. Nunca antes la investigación sobre el origen de los elementos químicos pesados (aquellos con masa atómica superior a 70) había despertado tanto interés entre la comunidad científica.

A raíz de este descubrimiento observacional, se vienen realizando una cantidad ingente de trabajos teóricos que intentan reproducir mediante modelos estelares estas observaciones. El objetivo de estos estudios es identificar con precisión cómo, dónde y cuándo se forman los elementos más pesados que el hierro.

Los investigadores describen cómo se forman elementos químicos más pesados que el hierro en el interior de las estrellas

Esta es la idea fundamental del trabajo publicado recientemente en la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society del cual es autor el investigador de la Universidad de Granada Carlos Abia, del departamento de Física Teórica y del Cosmos, junto con investigadores franceses e italianos. Los autores describen cómo se forman elementos químicos más pesados que el hierro en el interior de las estrellas.

La mayoría de los isótopos más pesados que el hierro se producen en los interiores estelares mediante un proceso de captura de neutrones: bien mediante la captura de neutrones lenta (proceso-s o slow), o la captura rápida (proceso-r o rapid); aunque algunos de estos isótopos pueden ser también producidos (mínimamente) a través de captura de protones (el proceso-p).

Sin embargo, los modelos teóricos que intentan reproducir el proceso-r tienen un poder predictivo todavía muy limitado, debido a la complejidad en reproducir estas explosiones estelares, así como a la enorme incertidumbre existente en las propiedades nucleares de los isótopos que se encuentran lejos del denominado valle de estabilidad.

En este artículo, se ha estimado la contribución del proceso-s utilizando un modelo de evolución química de galaxias mediante el cual se simula numéricamente la interacción entre estrellas de diferente masa y metalicidad de diversas generaciones y el gas interestelar, a fin de calcular la evolución temporal (y espacial) de las abundancias de los elementos químicos en nuestra galaxia.

La cantidad de un elemento small

Entre los ingredientes fundamentales de esta simulación figura la cantidad de un elemento 's' producido (lo que se conoce como yields) en el interior de las estrellas masivas (aquellas con masa superior a aproximadamente ocho veces la masa del Sol) que es expulsada al medio interestelar al final de su evolución, así como en las estrellas de masa baja e intermedia (estrellas entre una y ocho veces la masa solar), durante su última fase de evolución (denominada fase de la rama asintótica de las gigantes).

Se usa un modelo de evolución química de galaxias para calcular la evolución de las abundancias de los elementos químicos en la Vía Láctea

Por primera vez, la producción estelar de los diversos elementos químicos se ha calculado mediante códigos numéricos estelares homogéneos, es decir, utilizando las mismas aproximaciones e ingredientes físicos. La novedad del método empleado es que el resultado final se obtiene a partir de una secuencia de modelos de evolución química que corrigen iterativamente la contribución 's' y 'r' a la composición química del sistema solar hasta alcanzar el nivel de convergencia deseado.

La comparación entre el nuevo modelo con la distribución de abundancias observadas en el Sistema Solar (originadas hace 4567 millones de años) muestra un acuerdo excelente considerando los errores observacionales, como se puede apreciar en la Figura 1. En la parte inferior de la misma figura se muestra el resultado teórico separando las tres componentes: proceso-s (puntos azules), producidos en estrellas; proceso-r (cuadros rojos), probablemente resultado de la fusión de estrellas de neutrones; y proceso-p (cruces verdes), responsable de la producción de algunos isótopos pesados ricos en protones.

Finalmente, como un tributo de los autores del trabajo a la celebración del 150 aniversario de la Tabla Periódica de Dimitri I. Mendeleiev, en la Figura 2 (también publicada en el artículo) se muestra de manera más gráfica la contribución de cada proceso de nucleosíntesis a los isótopos pesados.

Fuentes: Sinc

ASTRONOMÍA - El Hubble Descubre Características Nunca Vistas Alrededor de una Estrella de Neutrones

Una inusual emisión de luz infrarroja de una estrella de neutrones cercana detectada por el Telescopio Espacial Hubble de la NASA podría indicar nuevas características nunca antes vistas. Una posibilidad es que haya un disco polvoriento alrededor de la estrella de neutrones; otra es que haya un viento enérgico que sale del objeto y que se estrelló contra el gas en el espacio interestelar que la estrella de neutrones está atravesando.

Aunque las estrellas de neutrones generalmente se estudian en radio y emisiones de alta energía, como los rayos X, este estudio demuestra que también se puede obtener información nueva e interesante sobre las estrellas de neutrones estudiándolas en luz infrarroja, dicen los investigadores.

La observación, realizada por un equipo de investigadores de la Universidad Estatal de Pensilvania, University Park, Pensilvania; Universidad Sabanci, Estambul, Turquía; y la Universidad de Arizona, Tucson, Arizona, podría ayudar a los astrónomos a comprender mejor la evolución de las estrellas de neutrones: los restos increíblemente densos después de que una estrella masiva explote como una supernova. Las estrellas de neutrones también se denominan púlsares porque su rotación es muy rápida (normalmente fracciones de segundo, en este caso 11 segundos) y causa una emisión variable en el tiempo de las regiones emisoras de luz.

Esta estrella de neutrones en particular pertenece a un grupo de siete púlsares de rayos X cercanos, apodados 'los Siete Magníficos', que están más calientes de lo que deberían estar considerando sus edades y reservas de energía disponible.

Fuentes: NASA en Español

Neutrinos masivos resuelven una incógnita cosmológica

ARCHIVO
Los resultados sobre los neutrinos ayudan a resolver importantes contradicciones del actual modelo estándar de la cosmología

Investigadores miden por primera vez con precisión estas escurridizas partículas y dicen que tienen cinco veces más masa de lo que se creía, lo que explicaría algunos enigmas del Universo

El pasado mes de noviembre, un inmenso detector enterrado en el hielo de la Antártida lograba registrar por primera vez neutrinos de alta energía de origen extraterrestre. Se trataba de todo un logro, ya que no tiene masa y apenas interaccionan con la materia, por lo que son muy difíciles de detectar. Ahora, también por primera vez, un grupo de científicos británicos ha sido capaz de medir con precisión la masade estas escurridizas partículas elementales y, para su sorpresa, ha descubierto que es cinco veces mayor de lo que se estimaba hasta ahora. Los resultados ayudan a resolver importantes contradicciones del actual modelo estándar de la cosmología.

Según publica en la revista Physical Review Letters, el equipo, de las universidades de Manchester y Nottingham (Reino Unido), ha utilizado observaciones del Big Bang y de la curvatura del espacio-tiempo para tomar sus precisas mediciones. Los últimos datos sobre la radiación delFondo Cósmico de Microondas (CMB, por sus siglas en inglés), el resplandor dejado por el Big Bang, obtenidos por la nave espacial Planck señalaban una discrepancia estre estos resultados con las predicciones de otras observaciones.

El fondo cósmico de microondas, los restos del Big Bang
ESA
El estudio del CMB, la luz más antigua del Universo, ha permitido a los científicos medir con precisión parámetros cosmológicos, como la cantidad de materia en el Universo y su edad. Pero cuando se observan las estructuras a gran escala del Cosmos, como la distribución de las galaxias, aparece una contradicción. «Se observa un menor número de cúmulos de galaxias de lo que se puede esperar de los resultados de Planck y hay una señal más débil de las lentes gravitacionales de galaxias de lo que sugiere el CMB», apunta Richard Battye, de la Escuela de Física y Astronomía de la Universidad de Manchester. «Una posible manera de resolver esta discrepancia es que los neutrinos tengan masa. El efecto de estos neutrinos masivos sería suprimir el crecimiento de estructuras densas que conducen a la formación de cúmulos de galaxias», explica.

Los neutrinos interactúan muy débilmente con la materia, motivo por el que son muy difíciles de estudiar. Originalmente se pensó que no tenían masa, pero los experimentos de física de partículas han demostrado que sí la tienen y que hay varios tipos, conocidos comosabores. La suma de las masas de estos diferentes tipos se había estimado en algo más de 0,06 eV, mucho menos de una milmillonésima parte de la masa de un protón.

El profesor Battye y el coautor del trabajo, Adam Moss, de la Universidad de Nottingham, han combinado los datos de Planck con las observaciones de lentes gravitacionales, en las que las imágenes de las galaxias se deforman por la curvatura del espacio-tiempo. De esta forma, llegaron a la conclusión de que las discrepancias pueden resolverse si se incluyen neutrinos masivos en el modelo cosmológico estándar. Calculan que la suma de las masas de los neutrinos es 0,320 eV (+/- 0,081 eV), cinco veces más de lo que se creía.

Moss cree que si este resultado se confirma con nuevos estudios en profundidad, «no solo supondría una aportación significativa a nuestra comprensión del mundo subatómico estudiado por los físicos de partículas, sino que también sería una extensión importante para el modelo estándar de la cosmología que se ha desarrollado durante la última década».

Fuentes: ABC.es