Qué son las kilonovas: la explosión de estrellas de neutrones que crea un tesoro espacial en oro y platino

Calcula que hace aproximadamente 80 millones de años antes del nacimiento de nuestro sistema solar, una kilonova (resultado de la explosión de una estrella de neutrones) a sólo una distancia de 1.000 años luz de nosotros, generó algunos de los elementos más pesados que puedes encontrar tanto en la Tierra, como y en los meteoritos. Estos son actínidos (como el uranio, el plutonio o el fermio), pero también algunos elementos del grupo 10 y 11 de la tabla periódica como el platino y el oro. Por lo que no es de extrañar que todos nos preguntemos: ¿Qué son las kilonovas? ¿Qué es una estrella de neutrones? ¿Por qué producen oro y platino?

• Kilonovas en las décadas de 1930 y 1950
• Explosión de estrellas de neutrones: origen de los núcleos más pesados que el hierro
• Kilonovas y el proceso r
• ¿Una kilonova fruto de una explosión a 1.000 años luz del proto-Sol?

Kilonovas en las décadas de 1930 y 1950

El auge en el interés por la física nuclear de los años 30 y, más en concreto, por la energía nuclear en los años 50, hizo posible que la ciencia pasase de la geoquímica a la astroquímica (o cosmoquímica). Que empezáramos a preguntarnos por cuestiones químicas a un nivel más de astrofísica y menos de geología. Fue así como empezaron a estudiarse los elementos de la tabla periódica en relación con las estrellas, e incluso con las galaxias. Este cambio de tendencia hizo posible que diéramos respuesta a una de las preguntas que siempre había sobrevolado la ciencia: «¿De dónde provienen elementos como el oro y el platino?» «¿Cómo surgieron los elementos que encontramos en el Sol y en los meteoritos?» «¿Cómo llegaron algunos elementos de la tabla periódica hasta la atmosfera de algunas estrellas más alejadas de la Vía Láctea?»

Brillo de oro provocado en la galaxia Cluster Abell 370

Explosión de estrellas de neutrones: origen de los núcleos más pesados que el hierro

Dejando a un lado el hidrógeno, el helio y el litio, todos los elementos que conocemos en la tabla periódica son el resultado de un proceso llamado nucleosíntesis, que tiene lugar en las estrellas. Este proceso ocurre como norma en las estrellas masivas que explotan, creando supernovas. Ahora bien, la nucleosíntesis suele detenerse en el hierro, como consecuencia de las especificaciones de las reacciones nucleares y cuestiones de los núcleos estelares. Siendo conscientes de que existen elementos mucho más pesados que el hierro, y que los isótopos de estos son muy ricos en neutrones, la cuestión que surge es: ¿de dónde proceden esos elementos? ¿Qué vinculación tienen con las estrellas de neutrones? Estas preguntas, y muchas otras, son responsables de la existencia de la Estación Espacial Internacional.

Para poder dar respuesta a esta pregunta, entrando en el ámbito de las kilonovas, debemos comprender que la explicación se halla en los intensos flujos de neutrones que son capaces de inyectar en los núcleos los nucleones. Así, en el momento de la explosión de una estrella de neutrones, los neutrones decaen como consecuencia de la radioactividad beta, y se convierten en protones: este proceso es el que permite la creación de elementos que van más allá del hierro en la tabla periódica.

Kilonovas y el proceso r

El proceso r, o proceso de captura de neutrones rápidos, ocurre precisamente en las supernovas. Se trata de un conjunto de reacciones nucleares (nucleosíntesis), responsable de la creación de más de la mitad de los núcleos atómicos que son más pesados que el propio hierro. Un proceso en el que núcleos sintetizados durante millones de años son finalmente inyectados en el medio estelar. Estos núcleos forman posteriormente nuevas estrellas, y estas a su vez sistemas planetarios estables.

A pesar de toda esta teoría, resultaba muy difícil explicar la abundancia de determinados elementos; en particular el oro y el platino. La dificultad duró hasta que se comprendió que los flujos de neutrones necesarios para poder dar una explicación a esta abundancias se encontraban en las colisiones de estrellas de neutrones que producían kilonovas. en la actualidad, gracias a los modelos de observación cosmoquímicos, podemos identificar la cantidad de elementos que existe en la Vía Láctea, y así determinar la abundancia de oro y platino en meteoritos, u otros elementos celestes. Es de este modo que podemos crear vinculaciones entre elementos y acontecimientos astrofísicos del pasado. Alguno de estos acontecimientos explicaría también la creación de Polaris, fácilmente reconocible en el cielo, la estrella polar.

Representación de una estrella de neutrones que da como resultado de su explosión una kilonova

¿Una kilonova fruto de una explosión a 1.000 años luz del proto-Sol?

Para hablar del origen del oro y del platino de nuestro sistema solar, tenemos que mencionar antes a Imre Bartos de la Universidad de Florida y Szabolcs Marka de la Universidad Columbia, ambos astrofísicos. Es necesario porque no son pocas las publicaciones que han realizado sobre «el origen del oro y el platino del la Tierra». Eso a un nivel general, a un nivel más específico, también han abordado el origen de los actínidos, la familia de elementos que comprende los 15 elementos químicos que encontramos entre el Actinio Ac (n° 89) y el Lawrencio Lr (nº 103). Estos elementos son los metales pesados más radiactivos, de los cuales los más famoso son sin duda alguna el Uranio Ur (nº92), el Torio Th (nº 90) y el Plutonio Pu (nº 94). Que estos tres sean los más famosos se debe a que son los más abundantes de nuestro planeta, solo eso.

Grabado de la Universidad de Columbia, donde Szabolcs Marka llevó a cabo su estudio de estrellas de neutrones y kilonovas

Siguiendo con los astrofísicos Bartos y Marka, cabe explicar que *su estudio utilizó la tecnología ofrecida por la informática para estudiar la abundancia de actínidos en muchos meteoritos de nuestro sistema solar. Pues bien, su estudio dio como resultado que 80 millones de años antes de nacer el sistema solar, a una distancia de 1.000 años luz, la explosión de una estrella de neutrones fue la responsable de gran parte del oro, platino, mercurio y platino de nuestro sistema planetario.