En el mítico Laboratorio Nacional de Los Alamos, investigadores estadounidenses han logrado huellas claras de fisión nuclear, nunca antes observadas directamente en las estrellas.
Existe la creencia de que los elementos por encima del hierro en la Tabla Periódica se crean en explosiones cataclísmicas, como la fusión de dos estrellas de neutrones o en clases raras de supernovas.
Ahora, un nuevo estudio que aparece en Science sugiere que la fisión puede operar en el Cosmos durante la creación de elementos pesados. Al analizar datos sobre una variedad de elementos que residen en estrellas muy antiguas, este equipo ha encontrado una firma potencial de fisión, lo que indica que es probable que la naturaleza produzca núcleos superpesados más allá de los elementos más pesados de la Tabla Periódica.
“Se pensaba que se estaba produciendo fisión en el Cosmos, pero hasta la fecha nadie ha podido probarlo”, recuerda Matthew Mumpower, coautor del estudio. Encontraron una correlación entre los metales ligeros de precisión, como la plata, y los núcleos de tierras raras, como el europio. Cuando uno de estos grupos de elementos aumenta, los elementos correspondientes del otro grupo también se incrementan: la correlación es positiva.
Para Mumpower, “la única manera plausible de que esto pueda surgir entre diferentes estrellas es si hay un proceso consistente operando durante la formación de los elementos pesados”.
El equipo probó todas las posibilidades y la fisión fue la única explicación que pudo reproducir la tendencia. “Es la primera evidencia de fisión operando en el Cosmos, lo que confirma una teoría que propusimos hace varios años”, puntualiza Mumpower.
La investigación también indica que pueden existir elementos con una masa atómica (el número de protones más neutrones) del orden de 260, más pesados que los que se encuentran en el extremo superior de la Tabla Periódica.
Modelos de fisión nuclear
Mumpower desarrolló los modelos de fisión utilizados para predecir y guiar los hallazgos observacionales, dirigidos por Ian Roederer, de la Universidad Estatal de Carolina del Norte.
Los astrofísicos han creído durante mucho tiempo que los elementos pesados más allá del hierro se formaron en explosiones estelares llamadas supernovas o cuando dos estrellas de neutrones se fusionaron.
Como su nombre indica, estos últimos se componen en gran parte de neutrones, que junto con los protones forman los núcleos de todos los átomos. A través del proceso de captura rápida de neutrones, denominado proceso r, los núcleos atómicos capturan neutrones para formar elementos más pesados.
Si algunos se vuelven demasiado pesados para mantenerse unidos y dividirse, o fisionarse, formando dos átomos de elementos más ligeros pero aún pesados (y liberando una energía tremenda) ha seguido siendo un misterio durante medio siglo.
En un artículo difundido en el año 2020, Mumpower predijo por primera vez las distribuciones de fragmentos de fisión para núcleos de proceso de captura de neutrones (proceso r). Un estudio posterior dirigido por la colaboradora Nicole Vassh en TRIUMF predijo la coproducción de metales ligeros de precisión y núcleos de tierras raras.
Esta coproducción de elementos, como rutenio, rodio, paladio y plata, y otros, como europio, gadolinio, disprosio y holmio, puede comprobarse comparando la predicción con las abundancias elementales en una colección de estrellas.
El mismo proceso de los reactores nucleares
El nuevo análisis dirigido por Roederer analizó datos de observación de un total de 42 estrellas y encontró precisamente la correlación prevista. El patrón proporciona una clara firma de fisión que crea estos elementos y un patrón similar de elementos ligeramente más pesados y más altos en la tabla periódica.
Para Mumpower, “la correlación es muy sólida en estrellas mejoradas con proceso r donde tenemos datos suficientes. Cada vez que la naturaleza produce un átomo de plata, también origina en proporción núcleos de tierras raras más pesados. La composición de estos grupos de elementos está al mismo ritmo. Hemos demostrado que sólo un mecanismo puede ser responsable: la fisión, y los científicos han estado devanándose los sesos desde la década de 1950″.
“En Los Álamos desarrollamos modelos de fisión nuclear porque no podemos medir todo lo que es relevante para la investigación de armas como parte de la misión del Laboratorio”, añade Mumpower.
Los modelos permiten a los físicos interpretar experimentos y completar datos cuando faltan mediciones. Desde que Estados Unidos detuvo las pruebas de armas nucleares en 1992, los datos experimentales sobre la fisión se han limitado.
Los modelos funcionan excepcionalmente bien en comparación con los datos medidos y, por lo tanto, dan credibilidad a sus extrapolaciones cuando no hay mediciones. Como recuerda este investigador, las aportaciones nucleares de especies tanto de vida corta como de vida larga son necesarios para los estudios de formación de elementos pesados.
Los resultados de la fisión son producto del proceso de dividir átomos relativamente pesados en otros más ligeros, el mismo proceso utilizado en los reactores de las centrales nucleares actuales.