Las primeras estrellas del universo pudieron formar elementos muy masivos, con una masa atómica por encima de 260. Algo que resulta llamativo porque las estrellas modernas no son capaces de llegar a esa cifra. Permite entender mejor cómo pudieron ser las condiciones en aquel entonces…
Formar elementos muy masivos, en el interior de estrellas, no es posible en el presente
Las primeras estrellas del universo eran auténticas bestias. Son las que conocemos como estrellas de Población III. Su existencia, por ahora, es hipotética, porque no se ha logrado observar ninguna. Sin embargo, esto no impide que se tenga una buena idea de sus particularidades y de cómo pudieron fusionar elementos en su interior. Aquellas estrellas eran muy diferentes a las que podemos encontrar en nuestro entorno. Al formarse después de esa primera generación, incorporaron elementos más pesados en su interior, y eso afecta a sus características.
En el caso de las estrellas de Población III, solo podían estar compuestas por los elementos formados tras el Big Bang. Es decir, hidrógeno y helio. Esto permitía que pudiesen ser mucho más masivas que las estrellas modernas. Algunas estimaciones plantean que quizá llegasen a tener hasta 1000 veces la masa del Sol. Fueron estas estrellas las que, en su interior, forjaron los primeros elementos más pesados. En astronomía, todo aquello más allá de hidrógeno y helio se considera un metal. Estas estrellas fueron sus primeras fábricas.
Al final de su vida, ese material era expulsado al universo. Las estrellas de Población III tuvieron vidas muy breves y terminaron en forma de supernova. Aquellos elementos fueron las semillas de todas las estrellas y planetas que vemos en el presente. Lo más interesante es que un nuevo estudio plantea que aquellas primeras estrellas no solo formaron muchos de los elementos pesados. Probablemente, fueron capaces de formar incluso elementos más allá de los que se encuentran en la naturaleza. Es algo que resulta muy llamativo.
Los procesos astrofísicos y la generación de elementos
Salvo el hidrógeno, el helio, y muy pequeñas cantidades de otros elementos ligeros, todos los átomos que vemos en nuestro entorno se crearon por medio de procesos astrofísicos. Fueron fenómenos como las supernovas, las colisiones entre estrellas de neutrones (a lo que se denomina kilonova) y colisiones entre partículas de alta energía. Conjuntamente, crearon todos los elementos pesados hasta el uranio-238, que es el elemento más pesado que se forma de manera natural. El uranio se forma en supernovas y kilonovas.
Lo hace por medio de algo conocido como proceso-r. En él, los neutrones son capturados rápidamente por los núcleos atómicos, convirtiéndose en un elemento más pesado. El proceso-r es complejo y hay mucho que todavía no se comprende sobre cómo sucede. Tampoco sobre cuál puede ser el límite superior de masa. En este nuevo estudio se sugiere que el proceso-r, en aquellas primeras estrellas, pudo producir elementos mucho más pesados, con una masa atómica superior a 260. Hay otros aspectos que tener en cuenta en la formación de elementos.
Además, de la captura rápida de neutrones, del proceso-r, hay otras dos maneras de crear núcleos atómicos pesados. Uno es el proceso-p, en el que los núcleos ricos en neutrones capturan protones. El otro es el proceso-s, en el que una semilla de núcleo puede capturar un neutrón. Ninguno de estos, sin embargo, es capaz de crear una acumulación rápida de masa. Es imprescindible para los elementos más allá del uranio. Solo las estrellas de primera generación, hipermasivas, podrían haber generado esos elementos por medio del proceso-r.
Estrellas que pudieron formar elementos muy masivos… y no queda huella de ninguno
Por ello, el estudio sugiere que el proceso-r podría crear elementos por encima del uranio. Con toda probabilidad, debieron formarse en aquellas primeras estrellas del universo. Las malas noticias son que, salvo que haya una zona de estabilidad para estos elementos ultrapesados, hará mucho tiempo que se habrán degradado hasta convertirse en los elementos naturales que podemos observar en el presente. Hay que recordar que los elementos inestables se degradan hacia otros, terminando el proceso en elementos estables.
Los elementos con un número atómico del 95 al 118 (el americio, con una masa atómica de 243 es el número 95) son elementos sintéticos. Es decir, no se encuentran de forma natural en la Tierra. Solo se han logrado obtener en laboratorio, en condiciones muy concretas. Las estrellas de Población III, sin embargo, es posible que sí llegasen a formar elementos como este de forma natural en su interior. Sin embargo, el tiempo que tardan en degradarse hacia elementos estables es muy pequeño, por lo que no quedan huellas naturales.
No hay señal alguna de que, realmente, aquellas primeras estrellas llegasen a formar elementos sintéticos. Pero el hecho de que quizá hayan llegado a existir es muy útil. Ayudará a los científicos a comprender mejor el proceso-r y cuál es su límite. Es un ejemplo más de como estas estrellas, a pesar de ser hipotéticas, pueden estudiarse por medio de la teoría. Cuando, finalmente, se logren detectar (ya sea con el telescopio James Webb o algún telescopio futuro), se podrá comprobar si todo lo que se ha planteado teóricamente es correcto…
Estudio
El estudio es I. Roederer, N. Vassh, E. Holmbeck et al.; «Element abundance patterns in stars indicate fission of nuclei heavier than uranium». Publicado en la revista Science el 7 de diciembre de 2023. Puede consultarse en arXiv, en este enlace.
Referencias: Universe Today
