Primera identificación de un elemento pesado nacido tras la colisión de dos estrellas de neutrones
Observaciones llevadas a cabo con telescopios de ESO han detectado, por primera vez en el espacio, la formación de estroncio, un elemento utilizado en los fuegos artificiales
23 de Octubre de 2019
Por primera vez, un elemento pesado recién formado, el estroncio, se ha detectado en el espacio. Ha sido tras la fusión de dos estrellas de neutrones y fue observado por el espectrógrafo X-shooter de ESO, instalado en el VLT (Very Large Telescope). La detección confirma que los elementos más pesados del universo pueden formarse en fusiones de estrellas de neutrones, proporcionando una de las piezas que faltaban al rompecabezas de la formación de elementos químicos. Estos resultados se publican hoy en la revista Nature.
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.
Tras la fusión de GW170817, la flota de telescopios de ESO comenzó a monitorear la emergente explosión de kilonova en un amplio rango de longitudes de onda. En particular, X-shooter tomó una serie de espectros desde el ultravioleta hasta el infrarrojo cercano. El análisis inicial de estos espectros sugirió la presencia de elementos pesados en la kilonova, pero hasta ahora los astrónomos no habían podido identificar elementos individuales.
"Tras reanalizar los datos de la fusión de 2017 hemos identificado la firma de un elemento pesado en esta bola de fuego: el estroncio, demostrando que la colisión de estrellas de neutrones crea este elemento en el universo", afirma el autor principal del estudio, Darach Watson, de la Universidad de Copenhague (Dinamarca). En la Tierra, el estroncio se encuentra de forma natural en el suelo y se concentra en ciertos minerales. Sus sales se utilizan para dar un color rojo brillante a los fuegos artificiales.
Los astrónomos conocen los procesos físicos que crean los elementos desde la década de 1950. Durante las décadas siguientes han descubierto la ubicación cósmica de cada una de estas principales forjas nucleares, excepto una. "Esta es la etapa final de una persecución de décadas para fijar el origen de los elementos", dice Watson. "Ahora sabemos que los procesos que crearon los elementos tuvieron lugar, principalmente, en estrellas ordinarias, en explosiones de supernovas o en las capas externas de estrellas viejas. Pero, hasta ahora, desconocíamos la ubicación del proceso final, conocido como captura rápida de neutrones, que creó los elementos más pesados de la tabla periódica".
La captura rápida de neutrones es un proceso en el que un núcleo atómico captura neutrones lo suficientemente rápido como para permitir la creación de elementos muy pesados. Aunque muchos elementos se producen en los núcleos de las estrellas, la creación de elementos más pesados que el hierro, como el estroncio, requiere de ambientes aún más calientes con muchos neutrones libres. La captura rápida de neutrones sólo ocurre de forma natural en ambientes extremos donde los átomos son bombardeados por un gran número de neutrones.
"Es la primera vez que podemos asociar directamente el material de nueva creación formado a través de la captura de neutrones con una fusión de estrellas de neutrones, confirmando que las estrellas de neutrones están hechas de neutrones y vinculando el proceso de captura rápida de neutrones, largamente debatido, a tales fusiones", añade Camilla Juul Hansen, del Instituto Max Planck de Astronomía, en Heidelberg, quien desempeñó un importante papel en el estudio.
Los científicos empiezan ahora a entender mejor las fusiones de estrellas de neutrones y las kilonovas. Debido a la limitada comprensión de estos nuevos fenómenos y a otras complejidades en los espectros que el instrumento X-shooter del VLT tomó de la explosión, los astrónomos no habían podido identificar elementos individuales hasta ahora.
"De hecho, muy poco después del evento, se nos ocurrió la idea de que podríamos estar viendo estroncio. Sin embargo, demostrar que esto era así resultó ser muy difícil. Esta dificultad se debió a nuestro poco conocimiento de la apariencia espectral de los elementos más pesados de la tabla periódica", dice Jonatan Selsing, investigador de la Universidad de Copenhague, autor clave del artículo.
La fusión GW170817 fue la quinta detección de ondas gravitacionales, hecha posible gracias a LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory), unas instalaciones de la NSF en EE.UU, y al Interferómetro Virgo, en Italia. Ubicada en la galaxia NGC 4993, la fusión fue la primera, y hasta ahora la única fuente de ondas gravitacionales que tuvo su contraparte visible detectada por telescopios en la Tierra.
Con los esfuerzos combinados de LIGO, Virgo y el VLT, tenemos la comprensión más clara hasta la fecha del funcionamiento interno de las estrellas de neutrones y sus explosivas fusiones.
Información adicional
Este trabajo de investigación se ha presentado en un artículo científico que aparece en la revista Nature el 24 de octubre de 2019.
El equipo está formado por D. Watson (Instituto Niels Bohr & Centro Cosmic Dawn, Universidad de Copenhague, Dinamarca); C. J. Hansen (Instituto Max Planck de Astronomía, Heidelberg, Alemania); J. Selsing (Instituto Niels Bohr & Centro Cosmic Dawn, Universidad de Copenhague, Dinamarca); A. Koch (Centro de Astronomía de la Universidad de Heidelberg, Alemania); D. B. Malesani (DTU Space, Instituto Nacional del Espacio, Universidad Técnica de Dinamarca, & Instituto Niels Bohr & Centro Cosmic Dawn, Universidad de Copenhague, Dinamarca); A. C. Andersen (Instituto Niels Bohr, Universidad de Copenhague, Dinamarca); J. P. U. Fynbo (Instituto Niels Bohr & Centro Cosmic Dawn, Universidad de Copenhague, Dinamarca); A. Arcones (Instituto de Física Nuclear, Universidad Técnica de Darmstadt, Alemania & Centro de Investigación de Iones Pesados GSI, Darmstadt, Alemania); A. Bauswein (Centro de Investigación de Iones Pesados GSI, Darmstadt, Alemania & Instituto Heidelberg de Estudios Teóricos, Alemania); S. Covino (Observatorio Astronómico de Brera, INAF, Milán, Italia); A. Grado (Observatorio Astronómico de Capodimonte, INAF, Nápoles, Italia); K. E. Heintz (Centro de Astrofísica y Cosmología, Instituto de Ciencia, Universidad de Islandia, Reykjavík, Islandia & Instituto Niels Bohr & Centro Cosmic Dawn, Universidad de Copenhague, Dinamarca); L. Hunt (Observatorio Astrofísico de Arcetri, INAF, Florencia, Italia); C. Kouveliotou (Universidad George Washington, Departamento de Física, Washington DC, EE.UU. & Instituto de Ciencias de Astronomía, Física y Estadística); G. Leloudas (DTU Space, Instituto Nacional del Espacio, Universidad Técnica de Dinamarca, & Instituto Niels Bohr, Universidad de Copenhague, Dinamarca); A. Levan (Departmento de Física, Universidad de Warwick, Reino Unido); P. Mazzali (Instituto de Investigación en Astrofísica, Universidad John Moores de Liverpool, Reino Unido & Instituto Max Planck de Astrofísica, Garching, Alemania); E. Pian (Observatorio de Astrofísica y Ciencias Espaciales de Bolonia, INAF, Bolonia, Italia).
ESO es la principal organización astronómica intergubernamental de Europa y el observatorio astronómico más productivo del mundo. Cuenta con dieciséis países miembros: Alemania, Austria, Bélgica, Dinamarca, España, Finlandia, Francia, Irlanda, Italia, Países Bajos, Polonia, Portugal, Reino Unido, República Checa, Suecia y Suiza, junto con Chile, país anfitrión, y Australia como aliado estratégico. ESO desarrolla un ambicioso programa centrado en el diseño, construcción y operación de poderosas instalaciones de observación terrestres que permiten a los astrónomos hacer importantes descubrimientos científicos. ESO también desarrolla un importante papel al promover y organizar la cooperación en investigación astronómica. ESO opera en Chile tres instalaciones de observación únicas en el mundo: La Silla, Paranal y Chajnantor. En Paranal, ESO opera el Very Large Telescope junto con su interferómetro VLTI (Very Large Telescope Interferometer), el más avanzado del mundo, así como dos telescopios de rastreo: VISTA (siglas en inglés de Telescopio de Rastreo Óptico e Infrarrojo para Astronomía), que trabaja en el infrarrojo, y el VST (VLT Survey Telescope, Telescopio de Rastreo del VLT), que rastrea en luz visible. ESO también es socio de dos instalaciones en Chajnantor, APEX y ALMA, actualmente el mayor proyecto astronómico en funcionamiento del mundo. Finalmente, en Cerro Armazones, cerca de Paranal, ESO está construyendo el ELT (Extremely Large Telescope), de 39 metros, que llegará a ser “el ojo más grande del mundo para mirar el cielo”.
Las traducciones de las notas de prensa de ESO las llevan a cabo miembros de la Red de Divulgación de la Ciencia de ESO (ESON por sus siglas en inglés), que incluye a expertos en divulgación y comunicadores científicos de todos los países miembros de ESO y de otras naciones.
El nodo español de la red ESON está representado por J. Miguel Mas Hesse y Natalia Ruiz Zelmanovitch.
Enlaces
- Artículo científico
- Telescopios de ESO observan la primera luz de una fuente de ondas gravitacionales
- Fotos del VLT
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