Un equipo de astrónomos dirigido por Ian Roederer, de la Universidad de Michigan, y que incluye a Erika Holmbeck, de Carnegie, ha identificado la mayor variedad de elementos observada hasta ahora en una estrella más allá de nuestro Sol. Sus resultados se publicaron en la revista The Astrophysical Journal Supplement Series. Los investigadores identificaron 65 elementos en la estrella, llamada HD 222925. De ellos, 42 son de la parte inferior de la tabla periódica. Su identificación ayudará a los astrónomos a comprender uno de los principales métodos por los que se crearon los elementos pesados del universo: el proceso de captura rápida de neutrones.
"Que yo sepa, es un récord para cualquier objeto más allá de nuestro Sistema Solar. Y lo que hace que esta estrella sea tan singular es que tiene una proporción relativa muy alta de los elementos que figuran en los dos tercios inferiores de la tabla periódica. Incluso hemos detectado oro", explicó Roederer, antiguo postdoc de Carnegie. "Estos elementos se produjeron mediante el proceso de captura rápida de neutrones. Eso es realmente lo que intentamos estudiar: la física para entender cómo, dónde y cuándo se hicieron esos elementos".
Muchos elementos se forman por fusión nuclear, en la que dos núcleos atómicos se fusionan y liberan energía, creando un átomo diferente y más pesado. Pero los elementos más pesados que el zinc se forman mediante un proceso llamado captura de neutrones, durante el cual un elemento existente adquiere neutrones adicionales de uno en uno que luego "decaen" en protones, cambiando la composición del átomo en un nuevo elemento.
Los neutrones pueden capturarse lentamente, durante largos periodos de tiempo en el interior de la estrella, o en cuestión de segundos, cuando un acontecimiento catastrófico hace que una ráfaga de neutrones bombardee una zona. Con cada método se crean diferentes tipos de elementos. Pero es el segundo el que interesa en esta investigación.
"Los astrónomos debatieron durante muchos años sobre qué fenómenos podían desencadenar un bombardeo de este tipo y en 2017 se confirmó que los elementos pesados podían crearse por la colisión de dos estrellas de neutrones, un descubrimiento en el que los astrónomos de Carnegie jugaron un papel crucial", explica Holmbeck. "Es posible que ciertos tipos de supernovas también produzcan estos elementos pesados, pero eso queda por confirmar observacionalmente".
Holmbeck está trabajando en un artículo de seguimiento para determinar si las abundancias químicas observadas en HD 222925 se formaron por una fusión de estrellas de neutrones o por una supernova. "Los elementos adicionales identificados en este estudio proporcionan una nueva línea de base que puede ser comparada con simulaciones, que podemos utilizar para revelar la historia del origen de los elementos pesados observados en la firma química única de HD 222925".
El material que el equipo identificó en HD 222925 se sintetizó muy pronto en la juventud del universo. Fue expulsado y devuelto al espacio, donde posteriormente se reformó en la estrella que estaban estudiando. Esto significa que HD 222925 puede utilizarse como una aproximación a lo que habría producido una fusión de estrellas de neutrones o una supernova.
Los astrónomos utilizaron un instrumento del telescopio espacial Hubble que puede recoger espectros ultravioletas. Esto fue clave para que los astrónomos pudieran recoger la luz en la parte ultravioleta del espectro luminoso -luz tenue, procedente de una estrella fría como HD 222925. También utilizaron uno de los telescopios Magallanes del Observatorio Las Campanas, para recoger la luz de HD 222925 en la parte óptica del espectro luminoso.
Estos espectros codifican la "huella química" de los elementos dentro de las estrellas, y la lectura de estos espectros permite a los astrónomos no sólo identificar los elementos contenidos en la estrella, sino también qué cantidad de un elemento contiene la estrella. "Ahora conocemos el resultado detallado, elemento por elemento, de algún evento del proceso r que ocurrió en los inicios del universo", dijo la coautora Anna Frebel, del MIT. "Cualquier modelo que intente comprender lo que ocurre con el proceso r tiene que ser capaz de reproducirlo".
Muchos de los coautores del estudio forman parte de un grupo llamado Alianza del Proceso-R, un grupo de astrofísicos dedicados a resolver las grandes cuestiones del proceso-r. Este proyecto marca uno de los objetivos clave del equipo: identificar qué elementos, y en qué cantidades, se produjeron en el proceso r con un nivel de detalle sin precedentes.
Fuente: Instituto Carnegie para la Ciencia