Cómo las colisiones de estrellas de neutrones inundaron la Tierra con oro y otros metales preciosos

El universo es bastante bueno rompiendo cosas juntas. Todo tipo de cosas chocan: estrellas, agujeros negros y objetos ultradensos llamados estrellas de neutrones.

Y cuando las estrellas de neutrones lo hacen, las colisiones liberan una avalancha de elementos necesarios para la vida.

Exploremos cómo los astrónomos utilizaron ondas sutiles en el tejido del espacio-tiempo para confirmar que las estrellas de neutrones en colisión hacen posible la vida tal como la conocemos.

Casi todo ha chocado en un momento u otro de la historia del universo, por lo que los astrónomos habían imaginado durante mucho tiempo que las estrellas de neutrones, objetos superdensos nacidos en la muerte explosiva de estrellas grandes, también se estrellaron entre sí. Pero a partir de hace una década, los astrónomos se dieron cuenta de que la colisión de estrellas de neutrones sería particularmente interesante.

Por un lado, una colisión de estrellas de neutrones se apagaría con un destello. No sería tan brillante como una supernova típica, que ocurre cuando las estrellas grandes explotan. Pero los astrónomos predijeron que una explosión generada por la colisión de una estrella de neutrones sería aproximadamente mil veces más brillante que una nova típica, por lo que la llamaron kilonova, y el nombre se quedó.

Como sugiere el nombre, las estrellas de neutrones están formadas por muchos neutrones. Y cuando pones un montón de neutrones en un entorno de alta energía, comienzan a combinarse, transformarse, fragmentarse y hacer todo tipo de reacciones nucleares salvajes.

El nacimiento de los elementos

Con todos los neutrones volando y combinándose entre sí, y toda la energía necesaria para impulsar las reacciones nucleares, las kilonovas son responsables de producir enormes cantidades de elementos pesados, incluidos oro, plata y xenón . Junto con sus primos, las supernovas, las kilonovas completan la tabla periódica y generan todos los elementos necesarios para que los planetas rocosos estén listos para albergar organismos vivos.

En 2017, los astrónomos presenciaron su primera kilonova. El evento ocurrió a unos 140 millones de años luz de la Tierra y fue anunciado por primera vez por la aparición de un cierto patrón de ondas gravitacionales, u ondulaciones en el espacio-tiempo, que bañaban la Tierra.

Estas ondas gravitacionales fueron detectadas por el Observatorio de Ondas Gravitacionales del Interferómetro Láser (LIGO) y el observatorio Virgo, que inmediatamente notificaron a la comunidad astronómica que habían visto la onda distintiva en el espacio-tiempo que solo podía significar que dos estrellas de neutrones habían colisionado. Menos de 2 segundos después, el telescopio espacial de rayos gamma Fermi detectó un estallido de rayos gamma, un breve y brillante destello de rayos gamma.

Siguió una oleada de interés científico, ya que los astrónomos de todo el mundo entrenaron sus telescopios, antenas y observatorios en órbita en el evento kilonova, escaneándolo en cada longitud de onda del espectro electromagnético. En total, aproximadamente un tercio de toda la comunidad astronómica de todo el mundo participó en el esfuerzo. Fue quizás el evento astronómico más descrito en la historia de la humanidad, con más de 100 artículos sobre el tema que aparecieron en los primeros dos meses.

Las Kilonovas se habían predicho durante mucho tiempo, pero con una tasa de ocurrencia de 1 cada 100.000 años por galaxia, los astrónomos realmente no esperaban ver una tan pronto. (En comparación, las supernovas ocurren una vez cada pocas décadas en cada galaxia).

Y la adición de señales de ondas gravitacionales proporcionó una visión sin precedentes del interior del evento en sí. Entre ondas gravitacionales y observaciones electromagnéticas tradicionales, los astrónomos obtuvieron una imagen completa desde el momento en que comenzó la fusión.

Solo esa kilonova produjo más de 100 Tierras de metales preciosos sólidos puros, lo que confirma que estas explosiones son fantásticas para crear elementos pesados.

En resumen, el oro de sus joyas se forjó a partir de dos estrellas de neutrones que chocaron mucho antes del nacimiento del sistema solar.

La muerte de la gravedad modificada

Pero esa no fue la única razón por la que las observaciones de la kilonova fueron tan fascinantes. La teoría de la relatividad general de Albert Einstein predijo que las ondas gravitacionales viajan a la velocidad de la luz. Pero los astrónomos han estado tratando durante mucho tiempo de desarrollar extensiones y modificaciones de la relatividad general, y la gran mayoría de esas extensiones y modificaciones predijeron diferentes velocidades para las ondas gravitacionales.

Con ese único evento de kilonova, el universo nos dio el lugar perfecto para probar esto. La señal de la onda gravitacional y la señal del estallido de rayos gamma de la kilonova llegaron con 1,7 segundos de diferencia entre sí. Pero eso fue después de viajar más de 140 millones de millas (225 millones de kilómetros). Para llegar a la Tierra tan cerca unas de otras durante un viaje tan largo, las ondas gravitacionales y las ondas electromagnéticas habrían tenido que viajar a la misma velocidad a una parte en un millón de billones.

Esa única medición fue mil millones de veces más precisa que cualquier observación anterior y, por lo tanto, eliminó la gran mayoría de las teorías modificadas de la gravedad.

No es de extrañar que a un tercio de los astrónomos de todo el mundo les pareciera interesante.