¿Donde se crean los elementos químicos?

[AlbertR]

Se cree que la mayoría de los elementos más pesados que el hierro (Z=26) se ha originado en Kilonovas, (colisión de estrellas de neutrones), como en el evento GW170817, merced al "Proceso r" de nucleosíntesis. Ver por ejemplo Origin of the heavy elements in binary neutron-star mergers from a gravitational wave event

 

Pues bien, se acaba de anunciar la primera identificación en la historia de un elemento pesado nacido tras la colisión de dos estrellas de neutrones: el espectrógrafo X-shooter de la ESO, instalado en el VLT (Very Large Telescope) ha identificado Estroncio (Z=38) en los restos de la kilonova ligada el evento GW170817. La detección confirma que los elementos más pesados del universo se forman en fusiones de estrellas de neutrones, validando una de las piezas en duda del rompecabezas de la formación de elementos químicos.

 

"Tras analizar los datos de la fusión de dos estrellas de neutrones en 2017 hemos identificado la firma de un elemento pesado en esta bola de fuego: el estroncio, demostrando que la colisión de estrellas de neutrones crea este elemento en el universo", afirma el autor principal del estudio publicado en Nature, Darach Watson, de la Universidad de Copenhague (Dinamarca). "Esta es la etapa final de una persecución de décadas para fijar el origen de los elementos", dice Watson. "Ahora sabemos que los procesos que crearon los elementos tuvieron lugar, principalmente, en estrellas ordinarias, en explosiones de supernovas o en las capas externas de estrellas viejas. Pero, hasta ahora, desconocíamos con certeza la ubicación del proceso final, conocido como captura rápida de neutrones, que creó los elementos más pesados de la tabla periódica"

 

Aunque muchos elementos se producen en los núcleos de las estrellas, la creación de elementos más pesados que el hierro, como el estroncio, requiere de ambientes aún más calientes con muchos neutrones libres. La captura rápida de neutrones sólo ocurre de forma natural en ambientes extremos donde los átomos son bombardeados por un gran número de neutrones.

"Es la primera vez que podemos asociar directamente el material de nueva creación formado a través de la captura de neutrones con una fusión de estrellas de neutrones, confirmando que las estrellas de neutrones están hechas de neutrones y vinculando el proceso de captura rápida de neutrones, largamente debatido, a tales fusiones"

 

Recordad que cuanto más pesado es un elemento, más protones tiene su núcleo y más neutrones son necesarios para que actúen como "pegamento" entre los protones y garanticen la estabilidad del núcleo:

 

 

¿Y que mejor sitio para encontrar neutrones abundantes que en la colisión de dos estrellas de neutrones?

 

 

Este es el enlace al estudio: Identification of strontium in the merger of two neutron stars y podés encontrar información adicional en ¿Dónde se crean los átomos más pesados?

 

Saludos.

 

 

[juanca]

Alguna vez grabé en mi compu estas dos imágenes. No recuerdo la fuente. Espero que sirvan de aporte. Saludos a todos.

 

[pablorr]

Muy buen aporte! Excelente!

[Philippulus]

No entiendo como una colisión de dos estrellas de neutrones puede generar elementos quimicos.

¿De dónde salen los protones y electrones?

¿Se crean por la destrucción de los neutrones de las estrellas? 

¿O es que las estrellas de neutrones contienen también elementos químicos?

[jordix]

hace 2 minutos, Philippulus dijo:

No entiendo como una colisión de dos estrellas de neutrones puede generar elementos quimicos.

¿De dónde salen los protones y electrones?

¿Se crean por la destrucción de los neutrones de las estrellas? 

¿O es que las estrellas de neutrones contienen también elementos químicos?

me uno a la pregunta, justo estuve pensando igual ayer al leerlo

[Philippulus]

hace 10 minutos, jordix dijo:

me uno a la pregunta, justo estuve pensando igual ayer al leerlo

En la desintegración Beta, un neutrón se convierte en un protón y emite un electrón. Quizá van por ahí los tiros.

Pero entonces pregunto: ¿Qué obliga al neutrón a iniciar una desintegración Beta en un choque de estrellas de neutrones?

[AlbertR]

hace 1 hora, Philippulus dijo:

No entiendo como una colisión de dos estrellas de neutrones puede generar elementos quimicos ... ¿De dónde salen los protones y electrones? ... ¿O es que las estrellas de neutrones contienen también elementos químicos?

 

hace 1 hora, jordix dijo:

me uno a la pregunta, justo estuve pensando igual ayer al leerlo

 

Los modelos actuales indican que la materia en la superficie de una estrella de neutrones está compuesta de núcleos atómicos ordinarios aplastados en una red sólida con un mar de electrones que fluye a través de los espacios entre ellos. Es posible que los núcleos en la superficie sean de hierro , debido a la alta energía de unión del hierro por nucleón.

 

Al avanzar hacia adentro, uno encuentra núcleos con un número cada vez mayor de neutrones; Dichos núcleos se descompondrían rápidamente en la Tierra, pero se mantendrían estables por tremendas presiones. A medida que este proceso continúa a profundidades crecientes, el goteo de neutrones se vuelve abrumador y la concentración de neutrones libres aumenta rápidamente. En esa región, hay núcleos, electrones libres y neutrones libres. Los núcleos se vuelven cada vez más pequeños (la gravedad y la presión abruman a la fuerza fuerte ) hasta que se alcanza el núcleo, por definición, el punto donde existen principalmente neutrones.

 

Fuente: Neutron star, structure

 

Saludos.
 

[Philippulus]

Esa es una buena explicación.

Y todo eso en un diámetro de una decena de kilómetros.

[c4r4j0]

Chicos, la noticia es que se ha medido un fenómeno. La explicación es justamente el objeto de la ciencia. No hay modelos sólidos que lo expliquen aún. Menos hay RAZONES para que un neutrón decaiga, ni para nada. Hay hipótesis, demostradas, y que según su universalidad se les llama leyes o principios. Lo más flojito son los modelos porque suelen estar fuertemente condicionados para poderse usar en otras predicciones.

Como amantes del conocimiento, comencemos a comprender los conceptos y los nombres que se les da, para hablar y divulgar con más precisión.

Los neutrones decaen (medición) estadísticamente, con una vida media de 15min en determinadas condiciones (que distan bastante de las que se piensa (modelo) que hay en el nucleo de estrellas de neutrones).

Saludos!

[Philippulus]

Según lo que dice @AlbertR y su enlace https://en.wikipedia.org/wiki/Neutron_star#Structure, y en lo relativo al tema "Dónde se crean los elementos químicos", entiendo (no sé si bien o mal) que los elementos pesados que se crean provienen del material normal de la superficie de las estrellas durante el choque. Los neutrones de sus núcleos seguirán haciendo de las suyas, pero no están relacionados con la síntesis del Estroncio y otros elementos.

[AlbertR]

hace 23 minutos, Philippulus dijo:

... entiendo (no sé si bien o mal) que los elementos pesados que se crean provienen del material normal de la superficie de las estrellas durante el choque. Los neutrones de sus núcleos seguirán haciendo de las suyas, pero no están relacionados con la síntesis del Estroncio y otros elementos.

 

No, yo entiendo que en la superficie de la E de N hay elementos en abundancia hasta el hierro. En la colisión de las dos E de N, una multitud de núcleos chocan entre ellos sumergidos en abundancia de neutrones. Entonces mediante el proceso-r que he enlazado en el primer post del hilo, se forman los elementos pesados.

 

Por ejemplo el choque de dos núcleos de Hierro (Z=26) en abundancia de neutrones puede formar un núcleo de Teluro (Z=52), el choque de dos núcleos de Potasio (Z=19) en abundancia de neutrones puede formar un núcleo de Estroncio (Z=38), etc. Y los núcleos recién formados sumergidos en abundancia de neutrones, pueden chocar entre si para formar elementos aun más pesados,...

 

Saludos.

 

 

 

 

[c4r4j0]

Albert... Fijate lo que cuentan en el segmento astrofísical sites del link inicial a r-process que compartiste. No es exactamente lo que mencionas. Hay material "semilla" con peso > 140 (actínidos) que es el que logra asimilar mayor cantidad de neutrones r-ápidos y son esos los nucleos que luego estarían emitiendo en rango luminico (rojo, frío) durante una semana. No? 

Capaz que tienes mejor info que la fuente y puedes corregirla!

Saludos!

[AlbertR]

En 30/10/2019 a las 13:22, AlbertR dijo:

... yo entiendo que en la superficie de la E de N hay elementos en abundancia hasta el hierro.

 

Lo anterior es correcto.

 

En 30/10/2019 a las 13:22, AlbertR dijo:

... En la colisión de las dos E de N, una multitud de núcleos chocan entre ellos sumergidos en abundancia de neutrones. Entonces mediante el proceso-r que he enlazado en el primer post del hilo, se forman los elementos pesados.

Por ejemplo el choque de dos núcleos de Hierro (Z=26) en abundancia de neutrones puede formar un núcleo de Teluro (Z=52), el choque de dos núcleos de Potasio (Z=19) en abundancia de neutrones puede formar un núcleo de Estroncio (Z=38), etc. Y los núcleos recién formados sumergidos en abundancia de neutrones, pueden chocar entre si para formar elementos aun más pesados,...

 

Pero esto último no es correcto, al menos a un nivel altamente significativo, pido disculpas. Creo que leí algo parecido a eso hace años, (cuando no había Internet), pero no recuerdo donde: que a la temperatura de los 2 mil millones de kelvin que se genera en el choque de las dos estrellas de neutrones se podían fusionar dos núcleos (uno de potasio con uno de hierro por ejemplo) y el proceso-r a continuación, aportaba los neutrones que faltaban para la estabilidad.

Sin embargo lo que está claro, es que en los últimos estudios publicados no veo que digan nada sobre que ese pudiese ser un método significativo de formación de núcleos pesados, por lo tanto olvidadlo y pido de nuevo disculpas.

La creación de núcleos pesados mediante proceso-r acontece como en el dibujo de abajo:

 

 

Un núcleo semilla, por ejemplo de hierro, captura una gran cantidad de neutrones casi simultáneamente. El núcleo resultante e muy inestable (muy radiactivo como dice la imagen), y sufre varias desintegraciones beta en menos de 0.01 segundo hasta alcanzar un núcleo estable más pesado que el de hierro original, que inmediatamente vuelve a actuar como semilla, captura otro puñado de neutrones y se repite el proceso.

He encontrado este interesante vídeo sobre el proceso r en acción:

 

 

Cada cuadradito es un isótopo de un elemento. En el eje horizontal hay el número de neutrones en cada núcleo; el eje vertical es el número de protones. Los colores representan abundancias. A medida que avanza la simulación, una cosecha de núcleos-semilla a aproximadamente 2 mil millones de grados Celsius se inunda de neutrones. Los núcleos más pesados se forman a través de capturas de neutrones (movimiento hacia la derecha) y transformaciones de esos neutrones en protones (movimiento hacia arriba). Después de transcurrido solo algún escaso segundo, se han capturado prácticamente todos los neutrones disponibles.

 

Otra simulación interesante se halla en este otro vídeo de abajo, basado en el estudio On the nuclear robustness of the r process in neutron-star mergers

 

 

Saludos.

 

Editado 1 de Noviembre del 2019 por AlbertR

[pablorr]

Va queriendo 

 

Muy bien explicado. Y gracias por las fuentes.