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Los astrónomos han estado tratando de determinar el origen cósmico de los elementos más pesados, como el oro. Ahora, una nueva investigación basada en una señal descubierta en los datos del archivo de una misión espacial podría apuntar a una posible pista: magnetars o estrellas de neutrones altamente magnetizadas.
Los científicos creen que los elementos más ligeros, como el hidrógeno y el helio, e incluso una pequeña cantidad de litio, probablemente existían al principio, después de que el Big Bang creó el universo hace 13.800 millones de años.
Luego, las estrellas de explosión lanzaron elementos más pesados, como Iron, que se unieron a las estrellas recién nacidas y los planetas. Pero la distribución del oro, que es más pesada que el hierro, en todo el universo ha elevado un misterio a los astrofísicos.
“Es una pregunta bastante fundamental en términos del origen de sujeto complejo en el universo”, dijo Anirudh Patel, autor principal del estudio publicado el martes en la Astrophysical Journal Letters y el estudiante de doctorado físico en la Universidad de Columbia en Nueva York, en un comunicado. “Es un rompecabezas divertido que realmente no se ha resuelto”.
Anteriormente, la producción cósmica de oro solo se había vinculado a colisiones de estrellas de neutrones.
Los astrónomos observaron una colisión entre dos estrellas de neutrones en 2017. El choque cataclísmico liberó ondas en el espacio-tiempo, conocidas como ondas gravitacionales, así como la luz de una explosión de rayo gamma. La colisión, conocida como Kilonova, también creó elementos pesados como oro, platino y plomo. Los kilonovas han sido comparados con “fábricas” en el espacio.
Se cree que la mayoría de las fusiones de estrellas de neutrones solo ocurrieron en los últimos miles de millones de años, dijo el co -autor del estudio Eric Burns, profesor adjunto y astrofísico en la Universidad Estatal de Louisian en Baton Rouge.
Sin embargo, los datos de hace 20 años, hasta ahora indescifrables, provenientes de los telescopios de la NASA y la Agencia Espacial Europea, sugieren que las bengalas de Magnetars que se formaron mucho antes, durante la infancia del universo, pueden haber proporcionado otra forma para la creación de oro, dijo Burns.
Las estrellas de neutrones son los restos de los núcleos de las estrellas que han explotado, y son tan densos que una cucharadita del material de la estrella pesaría 1,000 millones de toneladas en la Tierra. Los magnetares son un tipo de estrella de neutrones extremadamente brillante con un campo magnético increíblemente potente.
Los astrónomos todavía están tratando de descubrir cómo se forman exactamente los magnetares, pero teorizan que los primeros magnetars probablemente aparecieron justo después de las primeras estrellas, unos 200 millones de años después del comienzo del universo, o hace unos 13.6 mil millones de años, dijo Burns.
Ocasionalmente, los magnetarios desatan una bonanza de radiación debido a “terremotos de estrellas”.
En la tierra, los terremotos ocurren porque el núcleo fundido de la tierra causa un movimiento en la corteza del planeta y, cuando se acumula suficiente tensión, se produce un movimiento volátil, es decir, el suelo temblora debajo de los pies. Según Burns, los terremotos de las estrellas son similares.
“Las estrellas de neutrones tienen una corteza y un núcleo superfluo”, explica Burns en un correo electrónico. “El movimiento debajo de la superficie acumula voltaje en la superficie, lo que eventualmente puede causar un terremoto estelar. En los magnetarios, estos terremotos de las estrellas producen ráfagas muy cortas de rayos x. Como en la tierra, hay períodos en los que una cierta estrella está particularmente activa, produciendo cientos o miles de bengalas en unas pocas semanas de poderoso”.
Los investigadores encontraron evidencia que sugiere que un Magnétar libera material durante una llamarada gigante, pero no tenía una explicación física para la expulsión de la masa de la estrella, dijo Patel.
Es probable que las bengalas sean cálidas y expulsen el material de la corteza a alta velocidad, según investigaciones recientes de varios coautores del nuevo estudio, incluido Brian Metzger, Patel Advisor, profesor de física de la Universidad de Columbia y Investigador Principal científico del Instituto Flatiron en Nueva York.
“La hipótesis era que las condiciones físicas de esta expulsión de masa explosiva eran prometedores para la producción de elementos pesados”, dijo Patel.
Seguimiento de una señal estelar
El equipo de investigadores tenía curiosidad por ver si podía haber una conexión entre la radiación de las brotes de magnetares y la formación de elementos pesados. Los científicos buscaron evidencia en longitudes de onda visibles y ultravioletas. Pero Burns se preguntó si la llamarada también podría crear un rastro de rayos gamma.
Para hacer esto, analizó los datos de los rayos gamma de la última bengala del gigante observado Magnetar, que apareció en diciembre de 2004 y fue capturado por la misión integral (por el acrónimo en inglés del Laboratorio Internacional de Astrofísica de Gamma Rays), ya retirado. Los astrónomos habían encontrado y caracterizado la señal, pero luego no sabían cómo interpretarla, explicó Burns.
La predicción del modelo propuesto por la investigación previa de Metzger coincidió estrechamente con la señal de datos de 2004. El rayo gamma se parecía a lo que el equipo propuso que sería la creación y distribución de elementos pesados en una llamarada de gigante magnético.
Los datos obtenidos por el ROSSI (programa de imagen espectroscópica solar de alta energía Reuven Ramaty) y el satélite de viento, ya eliminado de la NASA, también corroboraron los hallazgos del equipo. El descubrimiento fue posible gracias a una investigación financiera a largo plazo con fondos federales, dijo Burns.
“Cuando inicialmente construimos nuestro modelo e hicimos nuestras predicciones en diciembre de 2024, ninguno de nosotros sabía que la señal ya estaba en los datos. Y ninguno de nosotros podía imaginar que nuestros modelos teóricos se ajustarían tan bien a los datos. Fueron unas vacaciones muy emocionantes para todos nosotros”, dice Patel. “Es muy interesante pensar en cómo se forjaron algunas de las cosas de mi teléfono o mi computadora portátil en esta explosión extrema (a lo largo de la historia de nuestra galaxia”.
El Dr. Eleonora Troja, profesor asociado de la Universidad de Roma que dirigió el descubrimiento de los rayos x emitidos por la colisión de estrellas de neutrones en 2017, que la evidencia de la creación de elementos pesados del evento Magnétar “no es comparable a la evidencia recolectada en 2017”. Troja no participó en el nuevo estudio.
“La producción de oro de este Magnétar es una posible explicación de su brillo de los rayos gamma, uno entre muchos otros, como el documento discute honestamente al final”, dijo Troja.
Troja agregó que los magnetares son “objetos muy desordenados”. Dado que la producción de oro puede ser un proceso complicado que requiere condiciones específicas, es posible que los magnetares agregen demasiados ingredientes incorrectos, como el exceso de electrones, lo que daría como resultado metales ligeros como circonio o plata, en lugar de oro o uranio.
“Por lo tanto, no diría que se ha descubierto una nueva fuente de oro”, dice Troja. “Más bien, lo que se ha propuesto es una ruta alternativa para su producción”.
Los investigadores creen que las bengalas gigantes de magnetare podrían ser responsables de hasta el 10 % de los elementos más pesados que el hierro en la Vía Láctea, pero una misión futura podría proporcionar una estimación más precisa, dijo Patel.
La misión del espectrómetro e imagen de Compton (COSI) de la NASA, cuyo lanzamiento está programado para 2027, podría monitorear las conclusiones del estudio. El telescopio de rayos gamma de campo ancho está diseñado para observar brotes de magnetars gigantes e identificar los elementos que se crean en ellos. Según Patel, el telescopio podría ayudar a los astrónomos a buscar otras posibles fuentes de elementos pesados en el universo.
