Los astrónomos llevan décadas intentando determinar el origen cósmico de los elementos más pesados, como el oro. Ahora, una nueva investigación basada en una señal descubierta en los datos de archivo de una misión espacial podría apuntar a una posible pista: los magnetares, 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 existieron al principio, después de que el Big Bang creara el universo hace 13.800 millones de años.
Después, las estrellas en explosión liberaron elementos más pesados, como el hierro, que se incorporaron a las estrellas recién nacidas y a los planetas. Pero la distribución del oro, que es más pesado que el hierro, por todo el universo ha planteado un misterio a los astrofísicos.
“Es una pregunta bastante fundamental en términos del origen de la materia compleja en el universo”, dijo Anirudh Patel, autor principal del estudio publicado el martes en The Astrophysical Journal Letters y estudiante de doctorado de Física en la Universidad de Columbia en Nueva York, en un comunicado. “Es un rompecabezas divertido que en realidad no se ha resuelto”.
Anteriormente, la producción cósmica de oro solo se había relacionado con 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 un estallido de rayos gamma. La colisión, conocida como kilonova, también creó elementos pesados como oro, platino y plomo.
Las kilonovas han sido comparadas con “fábricas” de oro en el espacio.
Se cree que la mayoría de las fusiones de estrellas de neutrones solo se produjeron en los últimos miles de millones de años, afirmó el coautor del estudio Eric Burns, profesor adjunto y astrofísico de la Universidad Estatal de Louisiana en Baton Rouge.
Sin embargo, datos de hace 20 años, hasta ahora indescifrables, procedentes de telescopios de la Nasa y la Agencia Espacial Europea, sugieren que las llamaradas de magnetares que se formaron mucho antes —durante la infancia del universo— pueden haber proporcionado otra vía para la creación de oro, señaló Burns.
Las estrellas de neutrones son los restos de los núcleos de estrellas que han explotado, y son tan densas 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 averiguar cómo se forman los magnetares exactamente, pero teorizan que los primeros magnetares probablemente aparecieron justo después de las primeras estrellas, unos 200 millones de años después del comienzo del universo, o hace unos 13.600 millones de años, dijo Burns.
Ocasionalmente, los magnetares desatan una bonanza de radiación debido a los “terremotos estelares”.
En la Tierra, los sismos se producen porque el núcleo fundido de la Tierra provoca un movimiento en la corteza del planeta y, cuando se acumula suficiente tensión, se produce un movimiento volátil, o sea, el suelo tiembla bajo los pies. Según Burns, los terremotos estelares son similares.
“Las estrellas de neutrones tienen una corteza y un núcleo superfluido”, explica Burns en un correo electrónico. “El movimiento bajo la superficie acumula tensión en la superficie, lo que eventualmente puede causar un terremoto estelar.
En los magnetares, estos terremotos estelares producen ráfagas muy cortas de rayos X. Al igual que en la Tierra, hay periodos en los que una estrella determinada es particularmente activa, produciendo cientos o miles de llamaradas en unas pocas semanas.
Y del mismo modo, de vez en cuando se produce un terremoto especialmente potente”.
Los investigadores encontraron pruebas que sugieren que un magnétar libera material durante una llamarada gigante, pero no tenían una explicación física para la eyección de la masa de la estrella, dijo Patel.
Es probable que las llamaradas calienten y expulsen el material de la corteza a gran velocidad, de acuerdo con investigaciones recientes de varios coautores del nuevo estudio, entre ellos Brian Metzger, asesor de Patel, profesor de Física de la Universidad de Columbia y científico investigador principal del Instituto Flatiron de Nueva York.
“La hipótesis era que las condiciones físicas de esta eyección de masa explosiva eran prometedoras para la producción de elementos pesados”, dijo Patel.
Rastreando una señal estelar
El equipo de investigadores tenía curiosidad por ver si podía existir una conexión entre la radiación de las llamaradas de magnetares y la formación de elementos pesados. Los científicos buscaron pruebas en longitudes de onda de luz visible y ultravioleta. Pero Burns se preguntó si la llamarada podría crear también un rastro de rayos gamma.
Para ello, analizó los datos de rayos gamma de la última llamarada de magnétar gigante observada, que apareció en diciembre de 2004 y fue captada por la misión Integral (por las siglas en inglés de Laboratorio Internacional de Astrofísica de Rayos Gamma), ya retirada. Los astrónomos habían encontrado y caracterizado la señal, pero entonces no sabían cómo interpretarla, explicó Burns.
La predicción del modelo propuesto por la investigación anterior de Metzger coincidía estrechamente con la señal de los datos de 2004. El rayo gamma se asemejaba a lo que el equipo propuso que sería la creación y distribución de elementos pesados en una llamarada de magnétar gigante.
Los datos obtenidos por el Rhessi (Programa de Imágenes Espectroscópicas Solares de Alta Energía Reuven Ramaty) y el satélite Wind, ya retirados de la Nasa, también corroboraron los hallazgos del equipo. El descubrimiento fue posible gracias a una investigación a largo plazo financiada con fondos federales, dijo Burns.
“Cuando inicialmente construimos nuestro modelo y realizamos nuestras predicciones allá por 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”, afirma Patel.
“Es muy interesante pensar en cómo algunas de las cosas de mi teléfono o mi portátil se forjaron en esta explosión extrema (a lo largo) de la historia de nuestra galaxia”.
La Dra. Eleonora Troja, profesora asociada de la Universidad de Roma que dirigió el descubrimiento de los rayos X emitidos por la colisión de estrellas de neutrones en 2017, dijo que la evidencia de la creación de elementos pesados del evento magnétar “no es en absoluto comparable a la evidencia recogida en 2017”. Troja no participó en el nuevo estudio.
“La producción de oro a partir de este magnétar es una posible explicación para su brillo de rayos gamma, una entre muchas otras, como el documento discute honestamente al final”, dijo Troja.
Troja añadió 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 añadan a la mezcla demasiados ingredientes equivocados, como un exceso de electrones, lo que daría lugar a metales ligeros como el circonio o la plata, en lugar de oro o uranio.
“Por tanto, yo no diría que se ha descubierto una nueva fuente de oro”, afirma Troja. “Más bien, lo que se ha propuesto es una vía alternativa para su producción”.
Los investigadores creen que las llamaradas de gigantes magnetares podrían ser responsables de hasta 10 % de los elementos más pesados que el hierro en la Vía Láctea, pero una futura misión podría proporcionar una estimación más precisa, dijo Patel.
La misión Compton Spectrometer and Imager (Cosi) de la Nasa, cuyo lanzamiento está previsto para 2027, podría realizar un seguimiento de las conclusiones del estudio. El telescopio de rayos gamma de campo amplio está diseñado para observar llamaradas de magnetares gigantes e identificar los elementos que se crean en ellas. Según Patel, el telescopio podría ayudar a los astrónomos a buscar otras posibles fuentes de elementos pesados en el universo.
