El oro es uno de los metales más codiciados del mundo, Pero para su creación 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 quiere decir 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 con 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 al caos arremolinado que rodea a un agujero negro recién nacido activo mientras traga el polvo y el gas del espacio que lo rodea. En estos entornos extremos, la elevada 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 requerido para el proceso que produce los elementos pesados.
«En nuestro estudio, investigamos sistemáticamente por primera vez las tasas de conversión de neutrones y protones para un gran número de configuraciones de disco mediante elaboradas simulaciones por ordenador, 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 de la división de investigación Teoría del GSI.
Just dice que: el factor decisivo es la masa total del disco. «Cuanto más masivo sea el disco, más a menudo se forman neutrones a partir de protones mediante la captura de electrones bajo la emisión de neutrinos, y están disponibles para la síntesis de elementos pesados mediante el proceso r».
Por el contrario, si la masa del disco es muy elevada, la reacción inversa juega un papel más importante, de modo 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 proceso de captura rápida 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 es de entre 0,01 y 0,1 masas solares. Dado que actualmente no está claro si estos discos de acreción se producen en los sistemas de colapso y con qué frecuencia, la investigación todavía no es concluyente.
«Estos datos son actualmente insuficientes. Pero con la próxima generación de aceleradores, como la Instalación para la Investigación de Antiprotones e Iones (FAIR), será posible medirlos con una precisión sin precedentes en el futuro», dijo el astrofísico Andreas Bauswein, del Centro Helmholtz para la Investigación de Iones Pesados del GSI.
Se sabe que gran cantidad de elementos se producen en el interior de las estrellas, pero cuando vamos a elementos más pesados que el hierro se recurre a eventos literalmente catastróficos. Uno de los más extremos eventos ocurre durante el nacimiento de los agujeros negros. Sin embargo, los astrofísicos no están seguros de que realmente se dé las condiciones, además de las contribuciones relativas de estos a la abundancia general de elementos pesados del universo.
El equipo lleva realizando un arduo trabajo, recurriendo a simulaciones para determinar si este es realmente el caso. Retóricamente podemos llamarlo, el momento mágico en que la astrofísica y la computación se unen para rastrear la historia de objetos que hoy en día se nos hacen comunes, pero como hemos visto, sus orígenes se remontan a eventos cósmicos donde también incluye a los estrafalarios agujeros negros.
La investigación se publicó en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
