Un estudio de la corteza terrestre sugiere que las supernovas no son minas de oro

Unos pocos átomos de plutonio incrustados en la corteza terrestre están ayudando a resolver los orígenes de los elementos más pesados ​​de la naturaleza.

Los científicos han sospechado durante mucho tiempo que elementos como el oro, la plata y el plutonio nacen durante las supernovas, cuando las estrellas explotan. Pero las supernovas típicas no pueden explicar la cantidad de elementos pesados ​​en nuestro vecindario cósmico, sugiere un nuevo estudio. Esto significa otros eventos catastróficos deben haber sido los principales contribuyentes, informaron el físico Anton Wallner y sus colegas el 14 de mayo Ciencias.

El resultado refuerza un reciente cambio de opinión entre los astrofísicos. Las supernovas estándar han caído en desgracia. En cambio, los investigadores piensan que es más probable que los elementos pesados ​​se forjen en las colisiones de dos estrellas densas muertas llamadas estrellas de neutrones, o algunos tipos raros de supernovas, como las que se forman a partir de estrellas que giran rápidamente (SN: 8/5/19).

Los elementos pesados ​​se pueden producir a través de una serie de reacciones en las que los núcleos atómicos se hinchan cada vez más a medida que devoran neutrones rápidamente. Esta serie de reacciones se conoce como el proceso r, donde «r» significa rápido. Pero, dice Wallner, de la Universidad Nacional Australiana en Canberra, «no sabemos con certeza dónde está el sitio del ensayo r». Es como tener la lista de invitados a una reunión, pero no su ubicación, para que sepa quién está allí sin saber dónde es la fiesta.

Los científicos pensaron que tenían su respuesta después de que se capturó una colisión de estrellas de neutrones produciendo elementos pesados ​​en 2017 (SN: 16/10/17). Pero los elementos pesados ​​aparecen en estrellas muy viejas, que se formaron demasiado pronto para que las estrellas de neutrones tuvieran tiempo de colisionar. «Sabemos que tiene que haber algo más», dice la astrofísica teórica Almudena Arcones de la Universidad Técnica de Darmstadt, Alemania, que no participó en el nuevo estudio.

Si un evento de proceso r hubiera ocurrido recientemente cerca, algunos de los elementos creados podrían haber aterrizado en la Tierra, dejando huellas en la corteza terrestre. Comenzando con una muestra de 410 gramos de la corteza del Océano Pacífico, Wallner y sus colegas utilizaron un acelerador de partículas para separar y contar los átomos. Dentro de una pieza de la muestra, los científicos buscaron una variedad de plutonio llamado plutonio-244, producido por el proceso r. Dado que los elementos pesados ​​siempre se producen juntos en proporciones particulares en el proceso r, el plutonio-244 puede actuar como sustituto de otros elementos pesados. El equipo encontró alrededor de 180 átomos de plutonio-244, depositados en la corteza durante los últimos 9 millones de años.

Un estudio de la corteza terrestre sugiere que las supernovas no son minas de oro, Forma parte de la Vida
Los científicos analizaron una muestra de la corteza terrestre del mar profundo (en la imagen) para buscar átomos de plutonio y hierro con orígenes cósmicos.Norikazu Kinoshita

Los investigadores compararon el recuento de plutonio con átomos que tenían una fuente conocida. El hierro-60 se libera de las supernovas, pero se forma a partir de reacciones de fusión en la estrella, no como parte del proceso r. En otra pieza más pequeña de la muestra, el equipo detectó alrededor de 415 átomos de hierro-60.

El plutonio-244 es radiactivo y se desintegra con una vida media de 80,6 millones de años. Y el hierro-60 tiene una vida media aún más corta de 2,6 millones de años. Entonces, los elementos no podrían haber estado presentes cuando la Tierra se formó hace 4.500 millones de años. Esto sugiere que su fuente es un evento relativamente reciente. Cuando se contaron los átomos de hierro-60 en función de su profundidad en la corteza y, por lo tanto, cuánto tiempo atrás se habían depositado, los científicos vieron dos picos hace unos 2,5 millones de años y hace unos 6,5 millones de años, lo que sugiere que dos o más supernovas habían ocurrido en el pasado reciente.

Los científicos no pueden decir si el plutonio que detectaron también provenía de esas supernovas. Pero si ese fuera el caso, la cantidad de plutonio producida en esas supernovas sería demasiado pequeña para explicar la abundancia de elementos pesados ​​en nuestra vecindad cósmica, calcularon los investigadores. Esto sugiere que las supernovas regulares pueden no ser la principal fuente de elementos pesados, al menos cerca.

Esto significa que todavía se necesitan otras fuentes para el proceso r, dice la astrofísica del MIT Anna Frebel, que no participó en la investigación. «Las supernovas simplemente no lo están cortando».

La medición proporciona una instantánea del proceso r en nuestro rincón del universo, dice el astrofísico Alexander Ji de los Observatorios Carnegie en Pasadena, California. «En realidad, es la primera detección de algo como esto, así que es realmente genial».

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