En la vecindad de nuestro Sol, la galaxia de la Vía Láctea es una estrella relativamente brillante, y dentro de ella, los astrónomos han podido identificar la gama más amplia de elementos en una estrella fuera de nuestro sistema solar.

El estudio, dirigido por el astrónomo Ian Roederer de la Universidad de Michigan, identificó 65 elementos en la estrella HD 222925. Cuarenta y dos de los elementos identificados son elementos pesados ​​​​que figuran en la parte inferior de la tabla periódica de elementos.

Identificar estos elementos en una sola estrella ayudará a los astrónomos a comprender el llamado “proceso de captura de neutrones rápidos”, o una de las principales formas en que se crean los elementos pesados ​​en el universo. Sus resultados se publicaron en arXiv y se aceptaron para su publicación en la serie de suplementos de Astrophysical Journal.

“Hasta donde yo sé, ese es un récord para cualquier objeto fuera de nuestro sistema solar. Y lo que hace que esta estrella sea tan única es que tiene una proporción relativa muy alta de los elementos enumerados en los dos tercios inferiores de la tabla periódica. Incluso detectamos oro”, dijo Roederer. “Estos elementos son creados por un rápido proceso de captura de neutrones. Eso es realmente lo que estamos tratando de aprender: la física de comprender cómo, dónde y cuándo se fabrican los elementos”.

El proceso, también llamado “proceso r”, comienza en presencia de elementos más ligeros como el hierro. Luego, rápidamente, en cuestión de segundos, se agregan neutrones a los núcleos de los elementos más ligeros. Esto crea elementos más pesados ​​como el selenio, la plata, el telurio, el platino, el oro y el torio, los tipos que se encuentran en HD 222925, los cuales rara vez se detectan en las estrellas, según los astrónomos.

“Se necesitan muchos neutrones libres y condiciones de muy alta energía para liberarlos y agregarlos al núcleo atómico”, dijo Roederer. “No hay muchos entornos en los que eso pueda suceder, dos, tal vez”.

Uno de estos entornos ha sido confirmado: la fusión de estrellas de neutrones. Una estrella de neutrones es el núcleo colapsado de una estrella supergigante, y es el cuerpo celeste más pequeño y denso conocido. Las colisiones de pares de estrellas de neutrones causan ondas gravitacionales y, en 2017, los astrónomos detectaron por primera vez ondas gravitacionales de estrellas de neutrones fusionadas. Otra forma en que podría ocurrir el proceso r es después de la explosión mortal de una estrella masiva.

“Ese es un importante paso adelante: reconocer dónde puede ocurrir el proceso r. Pero es un paso mucho más grande decir: ‘¿Qué hizo realmente el evento? ¿Qué se produce allí? Roeder dijo. “Ahí es donde entra nuestro estudio”.

Los elementos que Roederer y su equipo identificaron en HD 222925 se generaron en supernovas masivas o fusiones de estrellas de neutrones muy temprano en el universo. El material fue expulsado y arrojado de regreso al espacio, donde más tarde fue reformado en los estudios de estrellas Roederer en la actualidad.

Esta estrella se puede usar como un representante de lo que producirá uno de esos eventos. Cualquier modelo futuro que muestre cómo los procesos naturales o r producen elementos en los dos tercios inferiores de la tabla periódica deberían tener las mismas características que HD 222925, dijo Roederer.

Lo más importante es que los astrónomos usan instrumentos en el Telescopio Espacial Hubble que pueden recolectar el espectro ultravioleta. Este instrumento es la clave para permitir a los astrónomos recolectar luz en la parte ultravioleta del espectro de luz, la luz tenue, que proviene de estrellas frías como HD 222925.

Los astrónomos también utilizaron uno de los telescopios Magellan, un consorcio asociado con UM, en el Observatorio Las Campanas en Chile para recolectar luz de HD 222925 en la porción óptica del espectro de luz.

Este espectro codifica la “huella digital química” de los elementos dentro de la estrella, y leer este espectro permite a los astrónomos identificar no solo los elementos que contiene la estrella, sino también cuánto del elemento está contenido en la estrella.

Anna Frebel es coautora del estudio y profesora de física en el Instituto Tecnológico de Massachusetts. Ayudó con la interpretación general del patrón de abundancia elemental de HD 222925 y cómo informa nuestra comprensión de los orígenes elementales en el cosmos.

“Ahora conocemos los detalles elemento por elemento de algunos de los eventos del proceso r que ocurrieron en el universo primitivo”, dijo Frebel. “Cualquier modelo que intente entender qué está pasando con el proceso r debería poder reproducir eso”.

Muchos de los coautores del estudio son parte de un grupo llamado R-Process Alliance, un grupo de astrofísicos dedicados a resolver las grandes preguntas de los procesos r. Este proyecto marca uno de los objetivos clave del equipo: identificar qué elementos y en qué cantidades se están produciendo en el proceso r con un nivel de detalle sin precedentes.

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