Un grupo de investigadores ha identificado estroncio en una kilonova, una colisión entre estrellas de neutrones. Es uno de los fenómenos más violentos del universo y en él, por primera vez, se ha detectado un elemento pesado, apuntando a que estos fenómenos son su fuente de origen…

El estroncio en una kilonova es un hallazgo importante

Por primera vez, se ha detectado la presencia de estroncio en una kilonova. Es el nombre que recibe la colisión entre estrellas de neutrones y es uno de los fenómenos más violentos que se puede observar en el universo. El hallazgo permite confirmar que los elementos más pesados se pueden formar en las colisiones de estrellas de neutrones. Algo que permite, por tanto, completar el cuadro de formación de los elementos químicos. La detección ha sido posible gracias al espectrógrafo X-Shooter instalado en el Telescopio Muy Grande.

Detectan la presencia de estroncio en una kilonova
Concepto artístico de la detección de estroncio en una kilonova. Crédito: ESO/L. Calçada/M. Kornmesser

El fenómeno estudiado fue la kilonova GW170817, que fue detectada gracias a las ondas gravitacionales emitidas en el evento. Ya se sospechaba, en aquel momento, que si los elementos más pesados se formaban en estas colisiones, su presencia debería ser detectable. Sin embargo, no ha sido una tarea sencilla. La kilonova fue analizada en un diferentes segmentos del espectro electromagnético, desde el ultravioleta hasta el infrarrojo cercano. Las primeras observaciones ya apuntaban a la presencia de elementos pesados, pero no se podían identificar individualmente.

Algo que ha cambiado con la detección de estroncio, confirmando que su origen está en la colisión de estrellas de neutrones. En la Tierra, está presente en el suelo y concentrado en algunos minerales. Su sal se utiliza, entre otras cosas, para que los fuegos artificiales adquieran color rojo. Aunque cada vez más en desuso, también se usa en el tubo de rayos catódicos de las televisiones CRT, al evitar que se emitan rayos X. Y, también, por llamativo que pueda parecer, está presente en los huesos de nuestro cuerpo.

La pieza que faltaba en el rompecabezas

Desde mediados del siglo XX, ya se conocía el proceso físico que permite la formación de elementos como el estroncio. A lo largo de las décadas posteriores se han identificado, en el universo, algunos de los lugares en los que se crean, pero faltaba un proceso para el que, todavía, no se había encontrado un origen. Muchos elementos se forman en el interior de estrellas como el Sol, otros en las capas exteriores de estrellas en las etapas finales de su vida. Algunos elementos, también, se forman durante las supernovas.

Imagen de SSS17a, la kilonova observada, en el espectro visible, en la noche del 17 de agosto de 2017. Crédito: Tony Piro.

Pero al margen de todos estos lugares, quedaba otro para el proceso de captura de neutrones rápidos, con el que se crean los elementos más pesados de la tabla periódica. El proceso sucede cuando un núcleo atómico atrapa neutrones tan rápido como para permitir que se formen elementos pesados. Para poder crear elementos más pesados que el hierro, como el estroncio, hace falta un entorno mucho más cálido que el interior de una estrella y, además, muchos neutrones libres. La captura de neutrones rápidos tiene requisitos muy específicos.

Solo se puede dar en entornos extremos, donde los átomos puedan ser bombardeados por grandes cantidades de neutrones. Y, ahora, se ha podido asociar las kilonovas como uno de esos entornos extremos, permitiendo asociar el proceso de captura de neutrones rápidos con un fenómeno. Sin embargo, no es el final del camino, ni mucho menos. Las kilonovas son un fenómeno cuyo estudio es muy reciente. Todavía hay mucho por entender sobre estos fenómenos, así como la complejidad del espectro que analizó el Telescopio Muy Grande.

La dificultad de identificar estroncio en una kilonova

Todas estas dificultades han hecho que, hasta hace poco tiempo, los investigadores no fuesen capaces de identificar los elementos de forma individual. Aunque, según explican, ya sospechaban que la señal del estroncio podía estar, en ese espectro, poco después de que se detectase la colisión de estrellas de neutrones. Pero para confirmarlo era necesario mejorar el conocimiento sobre el aspecto, en el espectro electromagnético, de los elementos más pesados de la tabla periódica. Sea como fuere, las kilonovas seguirán dando mucho que hablar.

Concepto artístico del choque de estrellas de neutrones.
Concepto artístico del choque de estrellas de neutrones. Crédito. NSF/LIGO/Sonoma State University/A. Simonnet

Hay que recordar que, aunque fue la quinta detección de ondas gravitacionales, GW170817 fue la primera kilonova observada y estudiada. De hecho, fue la primera, y única hasta el momento, detección de ondas gravitacionales cuya fuente pudo ser observada en el espectro visible. En los casos anteriores y posteriores no se había podido encontrar el lugar en el que se originó la emisión de esas ondas gravitacionales. Pero, con el paso del tiempo, se detectarán más kilonovas y la llegada de mejor tecnología, y más medios, ayudará.

Permitirá que se puedan estudiar las kilonovas con mayor profundidad. Parece lógico suponer que, poco a poco, se identificarán otros elementos pesados cuyo origen está en estos fenómenos. Todo ello permitirá entender mejor el funcionamiento de las estrellas de neutrones, qué sucede en su interior y qué es lo que pasa cuando se produce una colisión…

Estudio

El estudio es D. Watson, C. Hansen, J. Selsing et al.; «Identification of strontium in the merger of two neutron stars». Publicado en la revista Nature el 24 de octubre de 2019. Puede ser consultado en arXiv.

Referencias: Phys