Los astrónomos han descubierto una estrella excepcionalmente rara que puede ayudar a resolver uno de los misterios duraderos de la astronomía: de dónde provienen los elementos más pesados del universo.
La estrella, llamada Lamost J0804+5740, reside en la salchicha Gaia (también llamada Gaia Encelado), los restos antiguos de una galaxia enana que se fusionó con el vía Láctea Hace aproximadamente 8 mil millones a 11 mil millones de años. Este tipo de estrella, conocido como una estrella de Boost Actinide, tiene una gran abundancia de elementos radiactivos conocidos como actínidos.
“Los actínidos son el grupo más pesado de elementos en la tabla periódica”, dijo a Space.com Anirudh Patel, un candidato doctoral en el grupo de astrofísica teórica de alta energía en la Universidad de Columbia que no participó en el estudio. “Incluyen torio y uranio, por ejemplo, y son producidos por el proceso R”.
El proceso R, abreviatura del “proceso rápido de captura de neutrones”, es una serie de reacciones nucleares que ocurren en entornos astronómicos extremos, como durante las fusiones de estrellas de neutrones o ciertos tipos de tipos de tipos de tipos de tipos de tipos de tipos de tipos de tipos supernovasdonde los núcleos atómicos absorben rápidamente neutrones antes de que tengan la oportunidad de decaer, convirtiéndose en elementos más pesados.
“Así es como se sintetizan aproximadamente la mitad de los elementos en nuestro universo más pesados que el hierro”, explicó Patel. “El proceso R requiere entornos astrofísicos más extremos que el típico fusión nuclear Reacciones que tienen lugar en los núcleos de estrellas masivas. Sin embargo, una comprensión completa del origen astrofísico del proceso R se ha mantenido difícil de alcanzar durante décadas “.
Las observaciones directas del proceso R en acción son raras. Hasta ahora, los astrónomos han identificado dos sitios cósmicos probables donde ocurre. Uno es la fusión de estrellas de neutronesy más recientemente, Patel y sus colegas evidencia reportada que también puede ocurrir dentro de estrellas de neutrones extremadamente magnetizadas llamadas magnetars.
Aunque estos descubrimientos son pasos en la dirección correcta, aún no explican cómo surgieron la mayoría de los elementos pesados del universo. Los sitios de proceso R conocidos por sí solos no pueden explicar completamente la abundancia observada de elementos pesados como uranio, torio y oro. Esto se debe a que son demasiado raros o poco frecuentes para producir la gran cantidad de elementos pesados que observamos hoy, lo que sugiere que otras fuentes aún sin descubrir deben estar contribuyendo.
Las observaciones de J0804+5740, la primera estrella de Boost de actinide identificada en la salchicha Gaia, proporcionan una nueva y emocionante pieza del rompecabezas. “El estudio informa un conjunto integral de datos químicos, identificando una nueva estrella enriquecida con procesos R”, dijo Patel. “Esto, junto con otros datos y modelos teóricos, jugará un papel en [pinning down] El origen de los elementos del proceso R en el universo “.
Para determinar qué elementos están presentes en una estrella y descubrir los procesos que los produjeron, los astrónomos usan una técnica conocida como espectroscopía atómica.
“La idea es que electrones Ocupar diferentes niveles de energía en los átomos “, dijo Patel.” El espacio entre estos niveles de energía puede ser diferente dentro de los átomos de diferentes elementos. Si un átomo está sentado en la atmósfera de una estrella, puede absorber la luz de la estrella, y sus electrones pueden hacer la transición entre los niveles de energía internos. Diferentes elementos tienen una estructura atómica diferente[s]por lo que absorberán diferentes frecuencias de luz durante estas transiciones “.
Utilizando instrumentos especializados, los científicos observan menos luz en colores específicos donde los elementos lo absorben debido a sus niveles de energía internos. Esto les ayuda a medir cuánto de esos elementos están en la atmósfera de la estrella.
El equipo científico del estudio estaba entusiasmado de que, después de realizar un análisis elemental, encontraron que J0804+5740 representa un ejemplo raro de una estrella de Boost de actinide con una metalicidad relativamente alta, la abundancia general de elementos más pesados que el helio en una estrella.
Las estrellas de actina-boost generalmente solo muestran un número inusualmente alto de actínidos, como torio y uranio, en relación con otros elementos pesados producidos por el proceso R, pero este impulso generalmente aparece en estrellas que son pobres en metal o tienen baja metalicidad.
Esto hace que J0804+5740 sea un poco extraño. “Como la mayoría riñonal-Procesar estrellas mejoradas, el patrón de abundancia de la mayoría de los elementos pesados de captura de neutrones en J0804+5740 está bien con la energía solar riñonal-Process, indicando que el principal riñonal-Crocesado produjo estos elementos en el universo temprano “, escribió el equipo en un artículo publicado en Las cartas de la revista astrofísica. “Sin embargo, algunos elementos exhiben desviaciones de [a typical] solar riñonal-Patrón de abundancia de procesos “.
Sigue el patrón esperado para elementos muy pesados, pero también muestra una abundancia inesperadamente alta de elementos de procesos R más ligeros, como Bario, Lantano y Cerium. “[Their abundance] En el Star J0804+5740 es algunas veces más grande que en nuestro propio sistema solar “, dijo Patel.” Esto implica que existen múltiples tipos de sitios de procesos R, en particular, uno que podría producir una abundancia relativamente alta de estos elementos de procesos R de luz “.
Para comprender mejor los orígenes de la estrella impar, el equipo analizó los movimientos de J0804+5740 y estrellas similares. Descubrieron que las estrellas de Boost Actinide tienen el doble de probabilidades de haber venido desde fuera de la Vía Láctea, lo que sugiere que nacieron en galaxias más pequeñas que luego fueron arrastradas a la nuestra. Esto apunta a una pista importante: el fenómeno de refuerzo de actínide puede ser más común en galaxias más pequeñas y más pequeñas.
Los modelos teóricos indican que una posible fuente podría ser una explosión rara y poderosa conocida como supernova de motivos magneto-rotación. Estos eventos extremos podrían crear el tipo de entornos ricos en neutrones necesarios para producir actínidos, particularmente en galaxias Como la salchicha Gaia.
“Los modelos teóricos son prometedores, pero no están exentos de incertidumbres”, dijo Patel. “Se necesitan más restricciones de observación para evaluar qué tan bien estos modelos reproducen lo que realmente sucede en la naturaleza”.
De todos modos, estas desviaciones elementales en J0804+5740 sugieren un origen nucleosintético más complejo, posiblemente involucrando múltiples tipos de eventos de procesos R o contribuciones de otros procesos más allá del proceso R principal.
“Esto significa que aún no tenemos la imagen completa”, dijo Patel. “Observaciones futuras […] revelará más sobre la naturaleza de los sitios de procesos R en el universo “, dijo Patel.” Junto con modelos teóricos nuevos y avanzados, esto será esencial para resolver el misterio del proceso R y completar nuestra comprensión del origen de los elementos “.