El 3 de junio, a 3.900 millones de años luz de distancia, dos estrellas de neutrones increíblemente densas, cuerpos que tienen aproximadamente 1, 5 veces la masa del sol pero solo el tamaño de meras ciudades, colisionaron. Los científicos que estudian el evento dicen que resuelve un misterio perdurable sobre la formación de elementos en nuestro universo.
"Es un tipo de explosión muy rápido, catastrófico y extremadamente enérgico", dice Edo Berger, astrónomo del Centro Harvard-Smithsoniano de Astrofísica. La colisión masiva lanzó un poderoso chorro de rayos gamma en todo el universo. El flash, que duró solo dos décimas de segundo, fue captado por el satélite Swift de la NASA y envió a los astrónomos a buscar datos.
En los próximos días, los telescopios en Chile y el telescopio espacial Hubble centraron su atención en esa región del espacio. Hoy, Berger y sus colegas anunciaron en una conferencia de prensa en Cambridge, Massachusetts, que su análisis revela que las colisiones de estrellas de neutrones son responsables de la formación de prácticamente todos los elementos pesados en el universo, una lista que incluye oro, mercurio, plomo, platino y Más.
"Esta pregunta de dónde provienen elementos como el oro ha existido durante mucho tiempo", dice Berger. Aunque muchos científicos habían argumentado durante mucho tiempo que las fuentes de las explosiones de supernova eran su fuente, dice que su equipo, que incluye a Wen-fai Fong y Ryan Chornock del departamento de astronomía de Harvard, tiene evidencia de que las supernovas no son necesarias. Estas colisiones de estrellas de neutrones producen todos los elementos más pesados que el hierro, dice, "y lo hacen de manera lo suficientemente eficiente como para que puedan dar cuenta de todo el oro que se ha producido en el universo".
Tales colisiones ocurren cuando ambas estrellas en un sistema binario explotan por separado como supernovas, y luego colapsan en sí mismas, dejando atrás un par de estrellas de neutrones fuertemente unidas. A medida que se rodean entre sí, las estrellas se unen gradualmente por fuerzas gravitacionales, hasta que chocan.
"Son extremadamente densos, esencialmente balas que vuelan entre sí a aproximadamente el diez por ciento de la velocidad de la luz", dice Berger. La colisión resultante reúne tanta masa en un lugar que se colapsa sobre sí misma, provocando la formación de un agujero negro. Sin embargo, se arroja una pequeña cantidad de materia hacia afuera, y finalmente se incorpora a la próxima generación de estrellas y planetas en otras partes de la galaxia circundante. La observación cercana de esta última colisión de estrellas de neutrones ha revelado el contenido de esta materia expulsada.
Cuando se formó el agujero negro, dice Berger, lanzó una explosión de rayos gamma codificada como GRB (explosión de rayos gamma) 130603B. En cuestión de minutos, los instrumentos en Chile buscaron más evidencia de la colisión y encontraron un breve "resplandor" de luz visible, generado por las partículas arrojadas por la explosión que golpean el entorno. Esto proporcionó a los astrónomos la ubicación exacta y la distancia del evento, y el hecho de que la colisión ocurriera relativamente cerca, al menos en términos astronómicos, aumentó las esperanzas de que hubiera la posibilidad de recopilar nuevos tipos de datos que antes no estaban disponibles.
El 12 de junio, el telescopio Hubble, capacitado en esta ubicación, detectó una emisión distinta de luz infrarroja, una señal separada de la primera explosión. La firma infrarroja, dice Berger, es el resultado de la desintegración radiactiva de elementos pesados exóticos (como el uranio y el plutonio) formados durante la colisión y expulsados hacia afuera. Debido a la forma en que se forman los elementos pesados, el oro también debe haberse formado. "La cantidad total de estos elementos pesados producidos fue aproximadamente un uno por ciento de la masa del sol", señala. "El oro, en esa distribución, es de aproximadamente 10 partes por millón, lo que equivale a unas diez veces la masa de la luna solo en oro".
Debido a que el equipo sabe con qué frecuencia ocurren estas colisiones, y ahora puede inferir aproximadamente cuánto material se genera con cada evento, puede comparar la cantidad total de elementos pesados producidos por las colisiones de estrellas de neutrones con la cantidad conocida en el universo. La conclusión del equipo, que también se publicó hoy en The Astrophysical Journal Letters, es que estos eventos son una explicación suficiente para todos nuestros elementos pesados, incluido el oro. Después de que se crea en este tipo de colisiones y se expulsa hacia afuera, los elementos pesados finalmente se incorporan a la formación de futuras estrellas y planetas. Lo que significa que todo el oro en la Tierra, incluso el oro en su anillo de bodas, probablemente proviene de la colisión de dos estrellas distantes.
El nuevo hallazgo también resuelve una pregunta relacionada: si este tipo particular de emisión de rayos gamma, llamada explosión de "corta duración", puede vincularse definitivamente con las colisiones de dos estrellas de neutrones. "Recopilamos una gran cantidad de evidencia circunstancial que sugiere que provienen de la colisión de dos estrellas de neutrones, pero realmente nos faltó una firma clara de 'pistola humeante'", dice Berger. "Este evento proporciona, por primera vez, esa 'pistola humeante'".
En los próximos años, el equipo de Harvard-Smithsonian y otros continuarán buscando colisiones de estrellas de neutrones para poder recopilar y analizar más datos. Sin embargo, ya que un evento tan raro (en la Vía Láctea, ocurre una vez aproximadamente cada 100, 000 años) ocurre a una distancia lo suficientemente cercana como para que este tipo de observaciones sea bastante fortuito. "He pasado la última década de mi vida tratando de abordar la cuestión de los estallidos de rayos gamma, recolectando pruebas minuciosamente y esperando ese gran evento", dice Berger. "Es muy satisfactorio obtener finalmente esa evidencia que nos puede decir qué está pasando de una manera más definitiva".
