Las colisiones de estrellas de neutrones pueden forjar oro más lentamente de lo esperado

Las colisiones de estrellas de neutrones pueden producir oro, platino y otros elementos pesados más lentamente de lo que se creía anteriormente, según un estudio reciente dirigido por investigadores de la Technische Universität Darmstadt. Los hallazgos, publicados en Physical Review Letters, sugieren que el proceso rápido de captura de neutrones, conocido como el proceso r, está influenciado más significativamente por la masa de los núcleos atómicos de lo que los modelos anteriores habían asumido. Este descubrimiento podría remodelar la comprensión de los científicos de cómo se sintetizan los elementos pesados en el cosmos. El estudio se centró en el proceso r, que es responsable de crear aproximadamente la mitad de todos los elementos más pesados que el hierro.

Este proceso suele ocurrir durante eventos astrofísicos violentos, como la colisión de dos estrellas de neutrones. Durante estas colisiones, los núcleos atómicos absorben neutrones rápidamente, lo que les permite formar elementos cada vez más pesados. Sin embargo, muchos de los núcleos ricos en neutrones involucrados en este proceso son demasiado inestables para ser estudiados en laboratorios terrestres, lo que obliga a los científicos a depender en gran medida de modelos teóricos.

Takayuki Miyagi y Achim Schwenk, trabajando bajo la dirección del profesor Almudena Arcones, calcularon las propiedades de 70 núcleos críticos cerca del número mágico de neutrones N = 82. Esta región es vital para producir el segundo pico de abundancia del proceso r, un patrón bien conocido de distribución de elementos pesados que se encuentra en todo el universo. Estas masas nucleares recién computadas se integraron en simulaciones detalladas de la nucleosíntesis, modelando escenarios que van desde fusiones de estrellas de neutrones hasta otros fenómenos astrofísicos extremos. Los resultados mostraron que las masas calculadas ralentizaron la progresión del material a través del proceso r más de lo que los modelos anteriores habían predicho.

Esta desaceleración hace que la materia se acumule durante un período de tiempo más largo en un área particular del mapa nuclear antes de que la creación de elementos aún más pesados pueda continuar. Jan Kuske, el autor principal del estudio y un estudiante de doctorado en el grupo de Arcones, enfatizó que las variaciones menores en las masas nucleares pueden tener efectos sustanciales en las abundancias previstas de elementos pesados en el universo. El estudio sugiere un segundo pico de proceso r más pronunciado y un cambio notable en el tercer pico, ofreciendo nuevas perspectivas sobre cómo se forman el oro, el platino y elementos similares después de colisiones de estrellas de neutrones. Las implicaciones de esta investigación se extienden más allá de la física teórica.

Muchos de los núcleos esenciales para el proceso r probablemente seguirán siendo inaccesibles incluso con instalaciones de acelerador avanzadas planeadas para el futuro. Por lo tanto, los métodos teóricos precisos están creciendo en importancia. El estudio destaca que los cálculos de estructura nuclear ab initio ahora han madurado lo suficiente como para proporcionar contribuciones directas a la comprensión de los procesos astrofísicos y los orígenes cósmicos de los elementos. La investigación subraya el valor de integrar datos experimentales con modelos teóricos de vanguardia, especialmente en áreas donde los estudios experimentales son limitados.

Al hacerlo, los científicos pueden identificar los isótopos más prometedores para futuras investigaciones, guiando tanto los experimentos de laboratorio como los esfuerzos de astronomía observacional. El artículo titulado r-Process Nucleosynthesis with Ab Initio Nuclear Masses around the N=82 Shell Closure fue escrito por J. Kuske y sus colegas y publicado en Physical Review Letters en 2026.