Como el universo crea oro

Ilustración de una nube de escombros caliente, densa y en expansión despojada de las estrellas de neutrones justo antes de que colisionen. Imagen a través del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA / CI Lab.

Duncan Brown, Syracuse University y Edo Berger, Harvard University

Durante miles de años, los humanos han buscado una forma de convertir la materia en oro. Los antiguos alquimistas consideraban que este metal precioso era la forma más elevada de materia. A medida que el conocimiento humano avanzó, los aspectos místicos de la alquimia dieron paso a las ciencias que conocemos hoy. Y, sin embargo, con todos nuestros avances en ciencia y tecnología, la historia del origen del oro seguía siendo desconocida. Hasta ahora.

Finalmente, los científicos saben cómo el universo produce oro. Usando nuestros telescopios y detectores más avanzados, lo hemos visto creado en el fuego cósmico de las dos estrellas en colisión detectadas por primera vez por LIGO a través de la onda gravitacional que emitieron.

La radiación electromagnética capturada de GW170817 ahora confirma que los elementos más pesados ​​que el hierro se sintetizan después de las colisiones de estrellas de neutrones. Imagen vía Jennifer Johnson / SDSS.

Orígenes de nuestros elementos.

Los científicos han podido reconstruir de dónde provienen muchos de los elementos de la tabla periódica. El Big Bang creó el hidrógeno, el elemento más ligero y abundante. A medida que brillan las estrellas, fusionan hidrógeno en elementos más pesados ​​como el carbono y el oxígeno, los elementos de la vida. En sus últimos años, las estrellas crean los metales comunes, aluminio y hierro, y los lanzan al espacio en diferentes tipos de explosiones de supernovas.

Durante décadas, los científicos han teorizado que estas explosiones estelares también explicaron el origen de los elementos más pesados ​​y raros, como el oro. Pero les faltaba una parte de la historia. Se articula sobre el objeto dejado por la muerte de una estrella masiva: una estrella de neutrones. Las estrellas de neutrones empaquetan una vez y media la masa del sol en una bola de solo 10 millas de ancho. Una cucharadita de material de su superficie pesaría 10 millones de toneladas.

Muchas estrellas en el universo están en sistemas binarios: dos estrellas unidas por la gravedad y que orbitan una alrededor de la otra (pensemos en los soles del planeta natal de Luke en "Star Wars"). Un par de estrellas masivas podría terminar con sus vidas como un par de estrellas de neutrones. Las estrellas de neutrones orbitan entre sí durante cientos de millones de años. Pero Einstein dice que su baile no puede durar para siempre. Finalmente, deben colisionar.

Colisión masiva, detectada de múltiples maneras

En la mañana del 17 de agosto de 2017, una onda en el espacio pasó por nuestro planeta. Fue detectado por los detectores de ondas gravitacionales LIGO y Virgo. Esta perturbación cósmica vino de un par de estrellas de neutrones del tamaño de una ciudad que colisionaron a un tercio de la velocidad de la luz. La energía de esta colisión superó cualquier laboratorio de destrucción de átomos en la Tierra.

Al enterarse de la colisión, los astrónomos de todo el mundo, incluidos nosotros, se pusieron en acción. Telescopios grandes y pequeños escaneaban el parche de cielo de donde provenían las ondas gravitacionales. Doce horas después, tres telescopios vieron una nueva estrella, llamada kilonova, en una galaxia llamada NGC 4993, a unos 130 millones de años luz de la Tierra.

Los astrónomos habían capturado la luz del fuego cósmico de las estrellas de neutrones en colisión. Era hora de apuntar los mejores y más grandes telescopios del mundo hacia la nueva estrella para ver la luz visible e infrarroja de las secuelas de la colisión. En Chile, el telescopio Gemini desvió su gran espejo de 26 pies hacia la kilonova. La NASA dirigió el Hubble a la misma ubicación.

Película de la luz visible de la kilonova que se desvanece en la galaxia NGC 4993, a 130 millones de años luz de la Tierra.

Al igual que las brasas de una intensa fogata se vuelven frías y oscuras, el resplandor de este fuego cósmico se desvaneció rápidamente. En cuestión de días, la luz visible se desvaneció, dejando un cálido resplandor infrarrojo, que finalmente desapareció también.

Observando el universo forjando oro

Pero en esta luz tenue se codificó la respuesta a la antigua pregunta de cómo se hace el oro.

Brille la luz del sol a través de un prisma y verá el espectro de nuestro sol: los colores del arco iris se extienden desde la luz azul de longitud de onda corta hasta la luz roja de longitud de onda larga. Este espectro contiene las huellas digitales de los elementos unidos y forjados al sol. Cada elemento está marcado por una huella digital única de líneas en el espectro, que refleja la diferente estructura atómica.

El espectro de la kilonova contenía las huellas digitales de los elementos más pesados ​​del universo. Su luz llevaba la firma reveladora del material de la estrella de neutrones que se descompone en platino, oro y otros elementos denominados `` proceso-r ''.

Espectro visible e infrarrojo de la kilonova. Los amplios picos y valles en el espectro son las huellas digitales de la creación de elementos pesados. Imagen vía Matt Nicholl.

Por primera vez, los humanos habían visto la alquimia en acción, el universo convirtiendo la materia en oro. Y no solo una pequeña cantidad: esta colisión creó al menos 10 Tierras por valor de oro. Es posible que esté usando algunas joyas de oro o platino en este momento. Mira esto. Ese metal fue creado en el fuego atómico de una colisión de una estrella de neutrones en nuestra propia galaxia hace miles de millones de años, una colisión como la que se vio el 17 de agosto.

¿Y qué del oro producido en esta colisión? Será expulsado al cosmos y mezclado con polvo y gas de su galaxia anfitriona. Quizás algún día forme parte de un nuevo planeta cuyos habitantes se embarquen en una búsqueda milenaria para comprender su origen.

Duncan Brown, profesor de física, Universidad de Syracuse y Edo Berger, profesor de astronomía, universidad de Harvard

Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation. Lee el artículo original.