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Domingo, febrero 5, 2023

Fusiones cataclísmicas de estrellas de neutrones y el origen de los elementos en el universo

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Una imagen de una fusión de estrellas de neutrones y una kilonova. Crédito: Universidad de Tohoku


Se ha confirmado que las fusiones de estrellas de neutrones sintetizan elementos de tierras raras.

Por primera vez, un grupo de científicos ha identificado elementos de tierras raras producidos por estrella neutrón fusiones Los detalles de los hallazgos de los científicos se publicaron recientemente en The Astrophysical Journal.

Cuando dos estrellas de neutrones giran hacia adentro y se fusionan, la explosión resultante genera una gran cantidad de los elementos pesados ​​que componen nuestro Universo. La primera instancia confirmada de este proceso ocurrió en 2017 y se denominó GW 170817. A pesar de esto, los científicos aún tienen que identificar los elementos exactos generados por las fusiones de estrellas de neutrones, con la excepción del estroncio, que se identificó en espectros ópticos.


Nanae Domoto, estudiante de posgrado en Universidad de Tohoku Graduate School of Science y miembro investigador de la Sociedad Japonesa para la Promoción de la Ciencia (JSPS), dirigió un equipo de investigación que analizó cuidadosamente las propiedades de todos los elementos pesados ​​para decodificar los espectros de las fusiones de estrellas de neutrones.

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Los espectros observados de una kilonova (gris) y los espectros del modelo obtenidos en este estudio (azul). Los números de la izquierda muestran los días posteriores a la fusión de estrellas de neutrones. Las líneas discontinuas indican las características de las líneas de absorción. Los nombres de los elementos que producen estas características se muestran en los mismos colores que las líneas discontinuas. Los espectros se desplazan verticalmente para su visualización. Los espectros observados alrededor de 1400 nanómetros y 1800-1900 nanómetros se ven afectados por la atmósfera terrestre. Crédito: Nanae Domoto

Usaron esto para investigar los espectros de kilonovas (emisiones brillantes causadas por la descomposición radiactiva de núcleos recién sintetizados que se expulsan durante la fusión) de GW 170817. Basado en comparaciones de simulaciones detalladas de espectros de kilonovas producidas por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón supercomputadora "ATERUI II", los investigadores descubrieron que los elementos raros lantano y cerio pueden reproducir las características espectrales del infrarrojo cercano presenciadas en 2017.


Hasta ahora, la existencia de elementos de tierras raras solo se ha planteado como hipótesis en función de la evolución general del brillo de la kilonova, pero no de las características espectrales.

“Esta es la primera identificación directa de elementos raros en el espectro de las fusiones de estrellas de neutrones, y avanza nuestra comprensión del origen de los elementos en el Universo”, dijo Dotomo.

“Este estudio utilizó un modelo simple de material expulsado. De cara al futuro, queremos tener en cuenta las estructuras multidimensionales para comprender una imagen más amplia de lo que sucede cuando las estrellas chocan”, agregó Dotomo.

Referencia: "Características de los lantánidos en los espectros del infrarrojo cercano de Kilonovae" por Nanae Domoto, Masaomi Tanaka, Daiji Kato, Kyohei Kawaguchi, Kenta Hotokezaka y Shinya Wanajo, 26 de octubre de 2022, The Astrophysical Journal.
DOI: 10.3847/1538-4357/ac8c36



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