Astrónomos encuentran estrella ‘estándar de oro’ en la Vía Láctea

La estrella HD 222925 es una estrella de novena magnitud ubicada hacia la constelación austral de El Tucán. 
Crédito de la imagen:
The STScI Digitized Sky Survey
.

En el vecindario de nuestro Sol en la galaxia de la Vía Láctea hay una estrella relativamente brillante, y en ella, los astrónomos han podido identificar la gama más amplia de elementos en una estrella más allá de nuestro Sistema Solar hasta el momento.

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.

La identificación de 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 ​​del universo. Sus resultados se publican en arXiv y han sido aceptados para su publicación en la serie de suplementos del 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 en los dos tercios inferiores de la tabla periódica. Incluso detectamos oro”, dijo Roederer. “Estos elementos fueron hechos por el proceso rápido de captura 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. “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 tenue 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 digital 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 la cantidad de un elemento que 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”.

Muchos de los coautores del estudio son parte de un grupo llamado R-Process Alliance, un grupo de astrofísicos dedicados a resolver las grandes preguntas 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.

El paper

Fuente: Universidad de Michigan.

Artículo original:Astronomers find ‘gold standard’ star in Milky Way‘. May 10, 2022.

Material relacionado

Sobre los procesos de núcleo síntesis, ‘s, r, p‘ el lector puede consultar Wikipedia.

Un nuevo tipo de explosión masiva explica la estrella misteriosa

La imagen muestra la estrella SMSS J200322.54-114203.3, (centro, con punto de mira). Se encuentra en la esquina sureste de la constelación de Aquila (el Águila) cerca de la frontera con Capricornio y Sagitario. 
Foto: Da Costa / SkyMapper.

Una explosión masiva tuvo lugar, de una fuente previamente desconocida, 10 veces más enérgica que una supernova. Podría ser la respuesta a un misterio de la Vía Láctea de 13 mil millones de años.

Un equipo internacional de astrónomos, ha descubierto potencialmente la primera evidencia de la destrucción de una estrella colapsada que gira rápidamente. Este fenómeno lo describen como una ‘hipernova magneto-rotacional’. El Dr. Simon Murphy de UNSW Canberra, es miembro del equipo.

Este tipo de cataclismo previamente desconocido, ocurrió apenas mil millones de años después del Big Bang. Es la explicación más probable de la presencia de cantidades inusualmente altas de algunos elementos detectados en otra estrella de la galaxia extremadamente antigua y ‘primitiva’.

Primera identificación de un elemento pesado nacido tras la colisión de dos estrellas de neutrones.

Por primera vez, un elemento pesado recién hecho, el estroncio, se ha detectado en el espacio, después de una fusión de dos estrellas de neutrones. Este hallazgo fue observado por el espectrógrafo X-shooter de ESO en el Very Large Telescope (VLT) y se publica hoy en Nature. La detección confirma que los elementos más pesados ​​del Universo pueden formarse en fusiones de estrellas de neutrones, proporcionando una pieza faltante del rompecabezas de la formación de elementos químicos.
Crédito: ESO / L. Calçada/M. Kornmesser.

En 2017, tras la detección de ondas gravitacionales que pasaban por la Tierra, ESO apuntó sus telescopios en Chile, incluido el VLT, a la fuente: una fusión de estrellas de neutrones llamada GW170817. Los astrónomos sospechaban que, si los elementos más pesados se formaban en colisiones de estrellas de neutrones, se podrían detectar huellas de esos elementos en kilonovas, los restos explosivos de estas fusiones. Esto es lo que ha hecho un equipo de investigadores europeos utilizando datos del instrumento X-shooter, instalado en el VLT de ESO. El siguiente artículo lo presenta.

La fusión de estrellas de neutrones crea más oro que las colisiones que involucran agujeros negros

La más grande de las explosiones: impresión artística de una fusión de estrellas de neutrones. Agrandar. Crédito: NASA.

Las cantidades de elementos pesados ​​como el oro creadas cuando los agujeros negros se fusionan con las estrellas de neutrones se han calculado y comparado con las cantidades esperadas cuando los pares de estrellas de neutrones se fusionan. Los cálculos fueron realizados por Hsin-Yu Chen y Salvatore Vitale en el Instituto de Tecnología de Massachusetts y Francois Foucart en la Universidad de New Hampshire utilizando simulaciones avanzadas y observaciones de ondas gravitacionales realizadas por la colaboración LIGO-Virgo. Sus resultados sugieren que la fusión de pares de estrellas de neutrones probablemente sea responsable de más elementos pesados ​​en el universo que las fusiones de agujeros negros con estrellas de neutrones.

Sobre el origen de los elementos:

Un poco de historia:

El trabajo seminal de Alpher, Bethe y Gamow sobre la formación de los elementos químicos a partir del Big Bang en un tiempo relativamente corto, aunque erróneo en cuanto a la génesis de los elementos pesados, fue el disparador de las investigaciones en ese campo y viene comentado en el siguiente artículo:

Los trabajos de Margaret Burbidge, Geoffrey Burbidge, William Fowler y Hoyle (B 2 FH para abreviar) presentaron un argumento convincente para la nucleosíntesis estelar, al igual que los de  Alastair Cameron:

Las mediciones de la cantidad de litio en el universo combinado con datos de precisión del fondo cósmico de microondas están desafiando nuestra comprensión tanto de la astrofísica estelar como posiblemente incluso de la propia nucleosíntesis del Big Bang, según lo presenta el siguiente artículo, que también hace un repaso de la historia de las ideas en este campo:

Una instructiva revisión de todo lo andado hasta 1991, lo presenta el siguiente artículo, escrito por la recientemente ganadora del Premio Andrew Gemant 2019 , un premio anual otorgado por el Instituto Americano de Física, que reconoce las contribuciones a las dimensiones culturales, artísticas y humanísticas de la Física:

The origin and abundances of the chemical elements revisitedVirginia Trimble. The Astronomy and Astrophysics Review, March 1991, Volume 3, Issue 1, pp 1–46. (Disponible en Timbó).

Artículos que introducen el tema:

Una accesible presentación introductoria sobre del origen de los elementos químicos, plena de referencias y links a sitios dedicados, se encuentra en el siguiente trabajo:

El sito de la Prof. Ines Ivans de la Universidad de Utah:

Sobre la génesis de los elementos pesados, está el excelente artículo de Anna Frebel en colaboración con Timothy Beers:

Videos

Recomiendo ver la mini serie de conferencias sobre ‘El Origen de los Elementos’ de la Dra. Anna Frebel, en su Canal de YouTube:

Esta mini serie es para acompañar el Libro:

Curiosidades

Un nuevo giro sobre el origen del oro

 Un artículo de un equipo de investigación, publicado en la revista Nature, sugiere un nuevo escenario para los procesos cósmicos que forjan el oro y otros elementos pesados.

El nuevo modelo que presentan, dice que la mayor parte del oro en el universo proviene de estrellas giratorias y moribundas llamadas colapsares.

Ver también:

Marcar el enlace permanente.

Comentarios cerrados.