¿Pero de dónde salieron el oro y la plata del Universo?

El estudio, que se publica en el último número de ' Science ', forma parte del esfuerzo conjunto de investigadores de la Red Internacional de Investigación en Astrofísica Nuclear (IReNA) y el Instituto Conjunto de Astrofísica Nuclear - Centro para la Evolución de los Elementos (JINA-CEE).

Los elementos pesados que nos rodean, como el hierro o la plata , no existían al comienzo del Universo, hace 13.700 millones de años . Esos elementos llegaron mucho más tarde, y surgieron a través de complejas reacciones nucleares capaces de combinar átomos ligeros para formar otros más pesados, en un proceso llamado nucleosíntesis . En particular, sabemos que algunos de los elementos más pesados, como el yodo , el oro , el platino , el uranio , el plutonio y el curio , se crearon gracias a un tipo específico de nucleosíntesis, el llamado proceso de captura rápida de neutrones, o 'Proceso R'.

El problema, sin embargo, radica en saber exactamente qué tipo de eventos astronómicos son capaces de producir las cantidades que observamos de esos elementos tan pesados. Hoy en día, la idea dominante es que el Proceso R puede ocurrir durante violentas colisiones de estrellas de neutrones, o de una estrella de neutrones con un agujero negro, o durante las titánicas explosiones que siguen a la muerte de estrellas muy masivas, las supernovas. Se trata, en todos los casos, de eventos extremadamente energéticos, pero tienen el inconveniente de que ocurren muy raramente en el Universo , desde luego no en número suficiente como para explicar la cantidad de elementos pesados que vemos a nuestro alrededor.

Durante esos acontecimientos de extrema violencia, neutrones extra se incorporan a los núcleos atómicos y se convierten en protones. Dado que los elementos de la tabla periódica se definen por el número de protones en su núcleo, el Proceso R va creando núcleos más pesados a medida que se incorporan más neutrones.

Algunos de los núcleos producidos por el proceso R son radiactivos y tardan millones de años en descomponerse en núcleos estables. El yodo 129 y el curio 247, por ejemplo, son dos núcleos que fueron 'fabricados' antes de la formación del Sol. Después se incorporaron a objetos sólidos, como asteroides y cometas , que finalmente cayeron a la Tierra como meteoritos, donde los científicos pueden estudiarlos. En el interior de esos meteoritos, la desintegración radiactiva generó un exceso de núcleos estables. Hoy en día, ese exceso se puede medir en los laboratorios para determinar la cantidad de yodo 129 y curio 247 que estaban presentes en el Sistema Solar justo antes de su formación.

¿Pero por qué son precisamente estos dos núcleos de Proceso R tan especiales? La razón es que tienen en común una particularidad que los convierte en extraordinariamente útiles para los investigadores: decaen casi exactamente al mismo ritmo. En otras palabras, la proporción entre yodo 129 y curio 247 no ha cambiado desde su creación, hace miles de millones de años.

«Se trata de una coincidencia asombrosa -explica Benoit Côté , del Observatorio Konkoly y director del estudio-, sobre todo teniendo en cuenta que estos núcleos son, precisamente, dos de los cinco núcleos de Proceso R radiactivos que es posible medir en meteoritos. Con la proporción entre yodo 129 y curio 247 congelada en el tiempo, como un fósil prehistórico, podemos echar una mirada directa a la última oleada de producción de elementos pesados, que construyó la composición del Sistema Solar y de todo lo que contiene».

El yodo, con sus 53 protones, es más fácil de crear que el curio, que tiene 96, es decir, que se necesitan más reacciones de captura de neutrones para alcanzar su número de protones. Como consecuencia, la proporción entre yodo 129 y curio 247 depende en gran medida de la cantidad de neutrones que estaban disponibles en el momento de su creación.

Aplicando una suerte de ingeniería inversa , los investigadores calcularon las proporciones entre yodo 129 y curio 247 sintetizadas por colisiones entre estrellas de neutrones y agujeros negros para encontrar el conjunto correcto de condiciones que reproducen la composición de los meteoritos. Y llegaron a la conclusión de que la cantidad de neutrones disponibles durante el último evento de proceso R antes del nacimiento del Sistema Solar no podía ser demasiado alta. De lo contrario, se habría creado demasiado curio en relación con el yodo. Esto implica que las fuentes muy ricas en neutrones, como la materia arrancada de la superficie de una estrella de neutrones durante una colisión, probablemente no tuvieron el importante papel que se les atribuye.

¿Qué fue entonces lo que creó estos núcleos de Proceso R? Lo cierto es que seguimos sin saberlo. Si bien los investigadores consiguieron información nueva y reveladora sobre cómo surgieron esos dos elementos pesados, no lograron precisar la naturaleza del objeto astronómico que los creó . Esto se debe a que los modelos de nucleosíntesis se basan en propiedades nucleares inciertas y aún no está claro cómo vincular la disponibilidad de neutrones con objetos astronómicos específicos, como explosiones de estrellas masivas y estrellas de neutrones en colisión.

«A pesar de ello -dice por su parte Nicole Vassh , de la Universidad de Notre Dame y coautora del estudio-, la capacidad de la proporción entre yodo 129 y curio 247 para observar más directamente la naturaleza fundamental de la nucleosíntesis de elementos pesados es una perspectiva emocionante para el futuro».

Gracias a esta nueva herramienta de diagnóstico, en efecto, los avances en la fidelidad de las simulaciones astrofísicas y en la comprensión de las propiedades nucleares podrían revelar qué objetos astronómicos crearon los elementos más pesados del sistema solar. Habrá, pues, que seguir esperando para conocer la solución al misterio.