¿El oro pudo provenir de un agujero negro? La ciencia señala posible origen de los “elementos pesados”

Durante décadas, la humanidad ha hecho todos los esfuerzos posibles por aprender cada vez más del espacio y sus confines. Como una muestra de eso, podemos mencionar a una reciente investigación, que podría haber descubierto el origen de los “elementos pesados” del universo.

Aunque en un principio pueda ser difícil de creer, todos esos “elementos pesados” de nuestro planeta no se generaron exactamente en él. De hecho, materiales como el oro y el uranio realmente tienen un origen cósmico. Uno que recientes estudios finalmente han podido rastrear con más detalle.

Específicamente, los investigadores O. Just, S. Goriely, H.-Th. Janka, S. Nagataki y A. Bauswein trabajaron en conjunto para entender las posibles condiciones que dieran origen a dichos materiales. Después de todo, en investigaciones anteriores ya se había señalado a los agujeros negros como posibles puntos de surgimiento de los elementos.

De hecho, específicamente se había sugerido que los agujeros negros con “discos de acreción” serían los más propensos a dicho fenómeno de creación. Sin embargo, a pesar de tener dichas sospechas, se desconocía exactamente qué condiciones podrían desatar el proceso que diera origen a los elementos pesados.

¿Qué son los discos de acreción?

Según aclararon los investigadores del GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung en Darmstadt, junto a los colegas de Bélgica y Japón, los “discos de acreción” se generan cuando se produce una acumulación de materia alrededor del agujero negro. Dicha materia caliente y densa podría producir las condiciones necesarias para justificar el origen de elementos pesados como el oro y el uranio.

En general, los discos de acreción se pueden crear de dos formas en los hoyos negros. Primero, pueden ser el resultado de la fusión de dos estrellas masivas de neutrones que luego se transforman en un hoyo negro. Del mismo modo, también pueden ser residuos de una estrella de neutrones en rotación de colapsa sobre sí misma y explota por sí sola.

Para probar esa posibilidad, el equipo se puso manos a la obra y luego publicó sus resultados en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Con ellos, ahora podemos dar un vistazo más cercano al proceso que dio paso a la creación de los elementos pesados del universo.

Agujeros negros: ¿el punto de origen de los “elementos pesados” del universo?

Para la actual investigación, los científicos se enfocaron en determinar qué tasas de conversión de neutrones y protones serían básicas para dar origen a los elementos pesados. Por ahora, se sabe que una abundancia de los primeros es clave para que se pueda iniciar el proceso. Pero, hasta la fecha, no se tenían cifras concretas.

Asimismo, también se sabía que las bajas concentraciones de neutrinos posiblemente tenían un papel en el proceso. Pero, nuevamente, no se habían hecho las investigaciones pertinentes para comprobarlo… hasta ahora.

Un delicado equilibrio

A través de simulaciones por computadora, se analizaron diferentes configuraciones posibles de los discos de acreción. De esa forma, se identificó más claramente cuáles podrían ser más propensos a dar origen a elementos pesados y las características que los distinguían.

El factor decisivo es la masa total del disco. Cuanto más masivo es el disco, más a menudo se forman neutrones a partir de protones a través de la captura de electrones bajo emisión de neutrinos, y están disponibles para la síntesis de elementos pesados”, comentó el Dr. Just.

Ahora, no todos los discos de acreción masivos pueden originar elementos pesados. De hecho, además de lo anterior también se observó un “límite” de masa tras el cual los procesos de conversión de neutrones (r) se entorpecían.

(…), si la masa del disco es demasiado alta, la reacción inversa juega un papel más importante, de modo que los neutrones recapturan más neutrinos antes de que abandonen el disco. Estos neutrones se convierten de nuevo en protones, lo que dificulta el proceso r”, continuó.

De forma específica, se detectó que los valores de entre 0,01 a 0,1 masas solares parecían estar dentro del “rango óptimo” de producción. Gracias a eso, en el futuro, iniciativas como FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research) –que se encuentran en desarrollo– tendrán más datos con los que afinar su mira y orientar sus investigaciones hacia los agujeros negros con discos de acreción que cumplen con las características necesarias para que se dé el proceso r.