En el vecindario de nuestro sol hay una estrella relativamente brillante, y en ella, astrónomos han podido identificar la gama más amplia de elementos en una estrella más allá de nuestro sistema.
El estudio, dirigido por el astrónomo de la Universidad de Michigan Ian Roederer, identificó 65 elementos en la estrella HD 222925. Cuarenta y dos de los elementos identificados son elementos pesados que se enumeran en la parte inferior de la tabla periódica de elementos.
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Identificar estos elementos en una sola estrella ayudará a los astrónomos a comprender lo que se llama el "proceso de captura rápida de neutrones", o una de las principales formas en que se crearon los elementos pesados en el universo. Sus resultados se publican en arXiv y han sido aceptados para su publicación en la serie de suplementos de Astrophysical Journal.
"Hasta donde yo sé, ese es un récord para cualquier objeto más allá de nuestro sistema solar. Y lo que hace que esta estrella sea tan única es que tiene una proporción relativa muy alta de los elementos enumerados a lo largo de los dos tercios inferiores de la tabla periódica. Incluso detectamos oro", dijo Roederer. "Estos elementos fueron hechos por el proceso de captura rápida de neutrones. Eso es realmente lo que estamos tratando de estudiar: la física para comprender cómo, dónde y cuándo se hicieron esos elementos".
El proceso, también llamado "proceso r", comienza con la presencia de elementos más ligeros como el hierro. Luego, rápidamente, del orden de un segundo, se agregan neutrones a los núcleos de los elementos más ligeros. Esto crea elementos más pesados ??como el selenio, la plata, el telurio, el platino, el oro y el torio, del tipo que se encuentra en HD 222925, y que rara vez se detectan en las estrellas, según los astrónomos.
"Se necesitan muchos neutrones libres y un conjunto de condiciones de muy alta energía para liberarlos y agregarlos a los núcleos de los átomos", dijo Roederer en un comunicado. "No hay muchos entornos en los que eso pueda suceder, dos, tal vez".
Uno de estos entornos ha sido confirmado: la fusión de estrellas de neutrones. Las estrellas de neutrones son los núcleos colapsados de estrellas supergigantes y son los objetos celestes más pequeños y densos que se conocen. La colisión de pares de estrellas de neutrones provoca ondas gravitacionales y, en 2017, los astrónomos detectaron por primera vez ondas gravitacionales de estrellas de neutrones fusionadas. Otra forma en que podría ocurrir el proceso r es después de la muerte explosiva de estrellas masivas.
"Ese es un importante paso adelante: reconocer dónde puede ocurrir el proceso r. Pero es un paso mucho más grande decir: '¿Qué hizo realmente ese evento? ¿Qué se produjo allí?" dijo Roederer. "Ahí es donde entra nuestro estudio".
Los elementos que Roederer y su equipo identificaron en HD 222925 se produjeron en una supernova masiva o en una fusión de estrellas de neutrones muy temprano en el universo. El material fue expulsado y devuelto al espacio, donde más tarde se transformó en la estrella que Roederer está estudiando hoy.
Esta estrella se puede usar como un representante de lo que habría producido uno de esos eventos. Cualquier modelo desarrollado en el futuro que demuestre cómo el proceso r o la naturaleza produce elementos en los dos tercios inferiores de la tabla periódica debe tener la misma firma que HD 222925, dice Roederer.
Crucialmente, los astrónomos usaron un instrumento en el Telescopio Espacial Hubble que puede recolectar espectros ultravioleta. Este instrumento fue clave para permitir a los astrónomos recolectar luz en la parte ultravioleta del espectro de luz, luz que es débil y proviene de una estrella fría como HD 222925.
Los astrónomos también utilizaron uno de los telescopios Magellan, un consorcio del cual la UM es socio, en el Observatorio Las Campanas en Chile para recolectar luz de HD 222925 en la parte óptica del espectro de luz.
Estos espectros codifican la "huella dactilar química" de los elementos dentro de las estrellas, y la lectura de estos espectros permite a los astrónomos no solo identificar los elementos contenidos en la estrella, sino también cuánto de un elemento contiene la estrella.
Anna Frebel es coautora del estudio y profesora de física en el Instituto Tecnológico de Massachusetts. Ella ayudó con la interpretación general del patrón de abundancia de elementos de HD 222925 y cómo informa nuestra comprensión del origen de los elementos en el cosmos.
"Ahora conocemos la salida detallada elemento por elemento de algún evento de proceso r que ocurrió temprano en el universo", dijo Frebel. "Cualquier modelo que intente entender qué está pasando con el proceso r tiene que ser capaz de reproducir eso".
grb