Un nuevo estudio sugiere que ciertos agujeros negros podrían realizar la síntesis de elementos pesados, como el oro y el uranio.
A través de simulaciones computarizadas, un equipo de investigación del Centro de Investigación de Iones Pesados (GSI), en Alemania, junto con científicos de Bélgica y Japón, ha logrado demostrar que la síntesis de elementos pesados es típica de agujeros negros con los llamados discos de acreción.
Como sugiere su nombre, el disco de acreción es una estructura en forma de disco, la cual se encuentra alrededor de un objeto cósmico masivo. Está compuesto de gas y polvo y gira en torno del cuerpo celeste central.
Todos los elementos pesados que existen en nuestro planeta hoy se formaron en condiciones extremas en entornos astrofísicos, es decir, dentro de las estrellas, en explosiones estelares y durante la colisión de estrellas de neutrones, explica Science Daily (SD). El objetivo de la nueva investigación es entender en cuál de estos eventos astrofísicos existen las condiciones apropiadas para la formación de los elementos más pesados, como el oro o el uranio.
«Los agujeros negros orbitados por un disco de acreción de materia densa y caliente son candidatos prometedores para la producción de elementos pesados. Este sistema se forma tanto después de la fusión de dos estrellas de neutrones masivas como durante el llamado collapsar, el colapso y la posterior explosión de una estrella en rotación», detalló SD.
El estudio echa luz en la composición interna de tales discos de acreción, particularmente con respecto a las condiciones necesarias para el surgimiento de un exceso de neutrones. Un número elevado de neutrones es un requisito básico para la síntesis de elementos pesados, ya que posibilita el proceso de captura de neutrones rápidos, más conocido como proceso R. En particular los neutrinos desempeñan papel clave en este proceso, ya que permiten la conversión entre protones y neutrones.
«Descubrimos que los discos son muy ricos en neutrones siempre que se cumplan determinadas condiciones. 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 mediante la captura de electrones bajo emisión de neutrinos, y están disponibles para la síntesis de elementos pesados mediante el proceso R», explicó Oliver Just, uno de los autores del estudio.
Sin embargo, si el disco tiene una masa muy grande, los neutrones recapturan más neutrinos antes de que abandonen el disco. Estos neutrones luego se vuelven a convertir en protones, lo que dificulta el proceso R.
La investigación reveló que «la masa óptima del disco para una producción prolífica de elementos pesados es de aproximadamente 0,01 a 0,1 masas solares». Los resultados encontrados proporcionan una fuerte evidencia de que las fusiones de estrellas de neutrones que producen discos de acreción con estas masas podrían ser el punto de origen de una gran parte de los elementos pesados.
El estudio se publicó en la revista científica Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
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