El oro es uno de los metales más codiciados del mundo, pero su creación a partir de metales pesados como el oro, el torio y el uranio requiere condiciones energéticas, como explosiones estelares o una colisión entre estrellas de neutrones. Esto significa que todos los elementos pesados de la Tierra se formaron en condiciones extremas en entornos astrofísicos.
Hoy en día, los astrofísicos tienen una comprensión incompleta de cómo se fabrican los elementos más pesados que el hierro. Los investigadores están intrigados por la pregunta en cuál de estos eventos astrofísicos existen las condiciones apropiadas para la formación de los elementos más pesados. Para sorpresa, un nuevo estudio muestra que estos elementos podrían formarse en los discos de acreción de los agujeros negros.
El disco de acreción se llama el caos arremolinado que rodea a un agujero negro recién nacido activo mientras se traga el polvo y el gas del espacio que lo rodea. En estos ambientes extremos, la alta tasa de emisión de neutrinos debería facilitar la conversión de protones en neutrones, lo que daría lugar a un exceso de estos últimos, justo lo que requiere el proceso que produce los elementos pesados.
“En nuestro estudio, investigamos sistemáticamente por primera vez las tasas de conversión de neutrones y protones para una gran cantidad de configuraciones de disco utilizando simulaciones por computadora elaboradas, y descubrimos que los discos son muy ricos en neutrones siempre que se cumplan ciertas condiciones”. explica el Dr. Oliver Just, del grupo de Astrofísica Relativista en la división de investigación de Teoría del GSI.
Solo dice que: 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 por captura de electrones bajo emisión de neutrinos, y están disponibles para la síntesis de elementos pesados a través del proceso r”.
Por el contrario, si la masa del disco es muy alta, la reacción inversa juega un papel más importante, por lo que los neutrinos son recapturados en mayor medida por los neutrinos antes de salir del disco. Estos neutrinos se vuelven a convertir en protones, lo que dificulta el rápido proceso de captura de neutrones, o proceso r.
El estudio indica que la masa óptima del disco para convertirse en una fábrica de oro y otros materiales pesados está entre 0,01 y 0,1 masas solares. Dado que actualmente no está claro si estos discos de acreción ocurren en los sistemas de colapso y con qué frecuencia, la investigación aún no es concluyente.
“Estos datos son actualmente insuficientes. Pero con la próxima generación de aceleradores, como el Centro para la Investigación de Iones y Antiprotones (FAIR), será posible medirlos con una precisión sin precedentes en el futuro”, dijo el astrofísico Andreas Bausewein del Centro Helmholtz para la Investigación de Iones Pesados. del GSI.
Se sabe que en el interior de las estrellas se produce una gran cantidad de elementos, pero cuando vamos a elementos más pesados que el hierro, se utilizan literalmente eventos catastróficos. Uno de los eventos más extremos ocurre durante el nacimiento de los agujeros negros. Sin embargo, los astrofísicos no están seguros de que las condiciones realmente se mantengan, aparte de las contribuciones relativas de éstas a la abundancia general de elementos pesados en el universo.
El equipo ha estado trabajando arduamente, utilizando simulaciones para determinar si este es realmente el caso. Retóricamente podemos llamarlo el momento mágico en el que la astrofísica y la computación se unen para trazar la historia de los objetos que nos son comunes hoy en día, pero como hemos visto, sus orígenes se remontan a eventos cósmicos que también incluyen los extraños agujeros negros.
La investigación fue publicada en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
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