Durante décadas, los astrónomos han estado en la búsqueda del origen cósmico de los elementos más pesados, como el oro. Recientemente, una nueva investigación basada en una señal detectada en datos archivados de una misión espacial podría ofrecer una pista valiosa: los magnetares, que son estrellas de neutrones con un campo magnético extraordinariamente fuerte.
Se supone que los elementos más ligeros, como el hidrógeno y el helio, así como una pequeña cantidad de litio, emergieron pronto después del Big Bang, que dio origen al universo hace 13,8 mil millones de años. Posteriormente, las estrellas en explosión liberaron elementos más pesados, como el hierro, que se incorporaron posteriormente a nuevas estrellas y a los planetas en formación. Sin embargo, el misterio sobre la distribución del oro, más pesado que el hierro, plantea preguntas intrigantes para los astrofísicos.
«Es una cuestión fundamental respecto al origen de la materia compleja en el universo«, comentó Anirudh Patel, autor principal del estudio publicado el martes en The Astrophysical Journal Letters y estudiante de doctorado en Física en la Universidad de Columbia, Nueva York. «Es un rompecabezas fascinante que aún no hemos logrado resolver».
Anteriormente, la producción cósmica de oro se había vinculado exclusivamente a las colisiones de estrellas de neutrones. En 2017, se observó una colisión entre dos de estas estrellas, un evento cataclísmico que liberó ondas en el espacio-tiempo —conocidas como ondas gravitacionales—, así como luz de un estallido de rayos gamma. Esta colisión, conocida como kilonova, también fue responsable de la creación de elementos pesados como el oro, el platino y el plomo, llevando a compararla con una “fábrica” de oro en el universo.
Se cree que la mayoría de estas fusiones de estrellas de neutrones han tenido lugar en los últimos miles de millones de años, comenta Eric Burns, coautor del estudio y profesor adjunto de astrofísica en la Universidad Estatal de Louisiana. Sin embargo, datos de hace 20 años, que parecían indescifrables y que provienen de telescopios de la NASA y la Agencia Espacial Europea, sugieren que las llamaradas de magnetares formadas mucho antes, en la juventud del universo, podrían haber ofrecido otra vía para la producción de oro, señala Burns.
Las estrellas de neutrones son los remanentes extremadamente densos de núcleos estelares que han explotado, y son tan compactos que una cucharadita de su material pesaría alrededor de mil millones de toneladas en la Tierra. En este contexto, los magnetares son un tipo de estrella de neutrones especialmente brillante con un campo magnético extraordinariamente potente.
Los astrónomos aún están investigando cómo se forman los magnetares con precisión. Sin embargo, se cree que los primeros magnetares surgieron poco después de las primeras estrellas, aproximadamente 200 millones de años tras el inicio del universo, es decir, hace unos 13. 600 millones de años, según explica Burns.
En ocasiones, los magnetares liberan una intensa ráfaga de radiación como consecuencia de lo que se denomina “terremotos estelares”.
En la Tierra, los sismos ocurren debido al movimiento del núcleo fundido que afecta la corteza del planeta. Cuando se acumula suficiente tensión, se produce un deslizamiento repentino que hace temblar el suelo bajo nuestros pies. Burns señala que los terremotos estelares son fenómenos análogos.
“Las estrellas de neutrones cuentan con una corteza y un núcleo superfluido”, detalla Burns en un correo electrónico. “El movimiento interno genera tensión en la superficie, lo que puede desencadenar un terremoto estelar. En el caso de los magnetares, estos eventos provocan ráfagas breves de rayos X. Al igual que en nuestro planeta, hay periodos en los que una estrella en particular muestra una actividad notable, produciendo cientos o incluso miles de erupciones en pocas semanas. Igualmente, de vez en cuando, se presenta un terremoto de gran magnitud”.
Los investigadores han encontrado indicios que sugieren que un magnétar podría liberar material durante una gigantesca llamarada, aunque aún no contaban con una explicación física sobre la expulsión de masa de la estrella, comentó Patel.
Según estudios recientes realizados por varios coautores del nuevo trabajo, entre ellos Brian Metzger, asesor de Patel y profesor de Física en la Universidad de Columbia, así como científico principal en el Instituto Flatiron de Nueva York, es probable que estas llamaradas calienten y expulsen material de la corteza estelar a gran velocidad.
“La hipótesis sugiere que las condiciones físicas durante esta eyección de masa explosiva son propicias para la producción de elementos pesados”, añadió Patel.
# Rastreando una señal estelar
El equipo de investigadores se mostró interesado en explorar la posible conexión entre la radiación generada por las llamaradas de magnetares y la formación de elementos pesados. Para ello, buscaban evidencias en longitudes de onda de luz visible y ultravioleta. Sin embargo, Burns se cuestionó si la llamarada podría también haber dejado un rastro de rayos gamma.
Con ese objetivo, analizó los datos de rayos gamma de la última poderosa llamarada de magnétar registrada, ocurrido en diciembre de 2004 y detectada por la misión INTEGRAL (Laboratorio Internacional de Astrofísica de Rayos Gamma), ya finalizada. Aunque los astrónomos habían identificado y caracterizado la señal, no sabían cómo interpretarla en ese momento, explicó Burns.
El modelo propuesto en investigaciones anteriores por Metzger coincidía notablemente con la señal de los datos de 2004. El rayo gamma correspondía a lo que el equipo había sugerido acerca de la creación y distribución de elementos pesados durante una llamarada de magnétar gigante.
Además, los datos obtenidos por el RHESSI (Programa de Imágenes Espectroscópicas Solares de Alta Energía Reuven Ramaty) y el satélite Wind, también ya retirados por la NASA, respaldaron los hallazgos del equipo. Este descubrimiento fue posible gracias a una investigación a largo plazo financiada con recursos federales, señaló Burns.
“Cuando inicialmente construimos nuestro modelo y formulamos nuestras predicciones en diciembre de 2024, ninguno de nosotros sabía que la señal ya existía en los datos. Y no podíamos imaginar que nuestros modelos teóricos encajarían tan bien con la información obtenida. Fue una experiencia increíble para todos nosotros”, afirmó Patel. “Es fascinante reflexionar sobre cómo algunos de los objetos en mi teléfono o mi portátil se forjaron en esta explosiva historia a lo largo de nuestra galaxia”.
La Dra. Eleonora Troja, profesora asociada en la Universidad de Roma y líder en el descubrimiento de los rayos X generados por la colisión de estrellas de neutrones en 2017, afirmó que la evidencia de la formación de elementos pesados a partir del evento relacionado con el magnétar «no se puede comparar en absoluto con los datos obtenidos en 2017«. Cabe destacar que Troja no formó parte del nuevo estudio.
«La producción de oro en este magnétar es una de las posibles explicaciones para su intenso brillo en rayos gamma, entre muchas otras que se discuten de manera honesta al final del artículo”, señaló Troja.
Además, la Dra. Troja comentó que los magnetares son «objetos bastante caóticos». Dado que producir oro es un proceso complejo que requiere condiciones específicas, existe la posibilidad de que los magnetares mezclen ingredientes poco apropiados, como un exceso de electrones, lo que podría resultar en la creación de metales más ligeros, como circonio o plata, en lugar de oro o uranio.
«Por lo tanto, no diría que hemos encontrado una nueva fuente de oro«, subrayó Troja. «Más bien, lo que se ha sugerido es una alternativa para su producción«.
Los investigadores creen que las explosiones de los gigantes magnetares podrían ser responsables de hasta el 10 % de los elementos más pesados que el hierro en nuestra Vía Láctea. Sin embargo, una futura misión podría ofrecer una estimación más precisa, según indicó Patel.
La misión Compton Spectrometer and Imager (COSI) de la NASA, programada para su lanzamiento en 2027, podría reforzar las conclusiones del estudio. Este telescopio de rayos gamma de campo amplio está diseñado para observar llamaradas de magnetares gigantes e identificar los elementos que se generan en esos eventos. Patel afirmó que el telescopio podría ser una herramienta valiosa para que los astrónomos busquen otras posibles fuentes de elementos pesados en el universo.
Con información de CNN.com
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