El destino de las estrellas: ¿explosión o colapso?

viernes, enero 10, 2020
Un grupo de científicos logró determinar experimentalmente las características de los procesos nucleares en la materia diez millones de veces más densa y 25 veces más caliente que el centro de nuestro sol. Un resultado de la medición es que es muy probable que las estrellas de masa intermedia exploten y no, como se suponía hasta ahora, colapsen.











Un grupo de científicos, entre ellos varios del GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung y de la Universidad Técnica de Darmstadt, logró determinar experimentalmente las características de los procesos nucleares en la materia diez millones de veces más densos y 25 veces más calientes que el centro de nuestro Sol. Un resultado de la medición es que es muy probable que las estrellas de masa intermedia exploten y no, como se suponía hasta ahora, colapsen. Los hallazgos ahora se publican en la revista científica Physical Review Letters . Destacan las oportunidades fascinantes que ofrecen las futuras instalaciones de aceleración como FAIR para comprender los procesos que definen la evolución del Universo.

Las estrellas tienen diferentes caminos evolutivos dependiendo de su masa. Las estrellas de baja masa como el Sol eventualmente se convertirán en enanas blancas. Las estrellas masivas, por otro lado, terminan con una explosión espectacular conocida como supernova, dejando atrás una estrella de neutrones o un agujero negro. El destino de las estrellas de baja y alta masa se entiende bien, pero la situación de las estrellas de masa intermedia, que pesan entre siete y once veces más que el Sol, no ha quedado clara. Esto es sorprendente ya que las estrellas de masa intermedia prevalecen en nuestra galaxia.


"El destino final de las estrellas de masa intermedia depende de un pequeño detalle, a saber, qué tan fácilmente el isótopo neón-20 captura electrones en el núcleo estelar. Dependiendo de esta velocidad de captura de electrones, la estrella se verá interrumpida en una explosión termonuclear o colapsará para formar una estrella de neutrones ", explica el profesor Gabriel Martínez-Pinedo del departamento de investigación de GSI Theory y el Institut für Kernphysik, TU Darmstadt. El profesor Karlheinz Langanke, director de investigación de GSI y FAIR, agrega: "Este trabajo comenzó cuando nos dimos cuenta de que una transición fuertemente reprimida, y por lo tanto ignorada y experimentalmente desconocida, entre los estados fundamentales del neón-20 y el flúor-20 fue una pieza clave de información necesaria para determinar la tasa de captura de electrones en estrellas de masa intermedia ". Mediante una combinación de mediciones precisas de la desintegración beta del flúor-20 y cálculos teóricos, una colaboración internacional de físicos con participación de GSI y TU Darmstadt, ahora ha logrado determinar esta importante tasa. El experimento tuvo lugar en condiciones mucho más pacíficas que las que se encuentran en las estrellas, es decir, en el Laboratorio Acelerador de la Universidad de Jyväskylä. Las mediciones mostraron una transición sorprendentemente fuerte entre los estados fundamentales del neón-20 y el flúor-20 que conduce a la captura de electrones en el neón-20 que ocurre a una densidad más baja de lo que se creía anteriormente. Para la estrella, esto implica que, en contraste con los supuestos anteriores, es más probable que sea interrumpida por una explosión termonuclear que colapsar en una estrella de neutrones. "


Dado que las explosiones termonucleares expulsan mucho más material que las provocadas por el colapso gravitacional, los resultados tienen implicaciones para la evolución química galáctica. El material expulsado es rico en titanio-50, cromo-54 y hierro-60. Por lo tanto, las inusuales relaciones isotópicas de titanio y cromo que se encuentran en algunos meteoritos, y el descubrimiento de hierro 60 en sedimentos de aguas profundas podrían ser producidos por estrellas de masa intermedia e indicar que han explotado en nuestro vecindario galáctico en la lejanía (miles de millones de años) y no tan lejano (millones de años) pasado.


A la luz de estos nuevos hallazgos, el destino más probable de las estrellas de masa intermedia parece ser una explosión termonuclear, produciendo una supernova subluminosa de tipo Ia y un tipo especial de estrella enana blanca conocida como enana blanca de oxígeno-neón-hierro. La detección (no) de tales enanas blancas en el futuro proporcionaría información importante sobre el mecanismo de explosión. Otra pregunta abierta es el papel que juega la convección, el movimiento masivo de material en el interior de la estrella, en la explosión.


En los centros de aceleración existentes y futuros como el proyecto internacional FAIR (Instalación para la Investigación de Antiprotones e Iones) actualmente en construcción en GSI, se pueden investigar nuevos isótopos aún no investigados y sus propiedades. Por lo tanto, los científicos continúan llevando el universo al laboratorio para responder las preguntas no resueltas sobre nuestro cosmos.





Fuente y enlace de investigación:  
OS Kirsebom, S. Jones, DF Strömberg, G. Martínez-Pinedo, K. Langanke, FK Röpke, BA Brown, T. Eronen, HOU Fynbo, M. Hukkanen, A. Idini, A. Jokinen, A. Kankainen, J Kostensalo, I. Moore, H. Möller, ST Ohlmann, H. Penttilä, K. Riisager, S. Rinta-Antila, PC Srivastava, J. Suhonen, WH Trzaska, J. Äystö. Descubrimiento de una transición de β-decaimiento excepcionalmente fuerte de F20 e implicaciones para el destino de las estrellas de masa intermedia . Physical Review Letters, 2019; 123 (26) DOI: 10.1103 / PhysRevLett.123.262701

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