Miden por primera vez un proceso nuclear de estrellas moribundas que resuelve el misterio del polvo presolar

Durante décadas, el polvo estelar antiguo ha escondido un misterio. También llamados granos presolares, estas diminutas partículas de polvo más antiguas que el Sistema Solar conservadas en meteoritos primitivos tienen una composición que no se podía explicar con los modelos teóricos disponibles. El enigma ha sido parcialmente resuelto en un trabajo experimental liderado por investigadores del Instituto de Física Corpuscular (IFIC), centro mixto del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universitat de Vaència. El trabajo se publica en la revista Physical Review Letters.

Concretamente, el trabajo ha arrojado luz sobre un aspecto particular de la composición de estos granos: su cantidad inusitada de molibdeno-94. El exceso de este elemento no podía ser explicado por las teorías actuales, y suponía una laguna importante en la comprensión de la formación de los elementos pesados en el universo. Estos se crean dentro de las estrellas mediante reacciones nucleares y, tras la muerte de la estrella, son dispersados por el cosmos, convirtiéndose en los ingredientes de nuevas generaciones de estrellas, planetas y todo lo que hay en ellos, incluidos nosotros.

Para comprender esta discrepancia, el equipo del IFIC ha examinado en el laboratorio el comportamiento de un isótopo radiactivo del elemento químico niobio: el niobio-94. “Este isótopo es de gran relevancia para entender la abundancia de molibdeno”, explica César Domingo, investigador del CSIC en el IFIC y uno de los autores del trabajo. “En las estrellas moribundas, en las que se dan condiciones físicas extremas, el niobio-94 puede sufrir diversas reacciones nucleares que lo transforman en otros elementos. Una de esas reacciones lo convierte, precisamente, en molibdeno-94”, apunta.

Punto crítico en las reacciones nucleares estelares

El niobio-94 actúa como un punto de bifurcación en las reacciones nucleares estelares. En él compiten dos procesos: la captura de neutrones y la desintegración beta. De cuál de los dos domine depende la cantidad final de molibdeno-94 que se produce. Hasta ahora nunca se había medido experimentalmente la probabilidad de que el niobio-94 capturase un neutrón. Esto es precisamente lo que acaba de hacer el equipo del IFIC en el experimento n_TOF del CERN, el laboratorio europeo de física de partículas en Ginebra (Suiza), arrojando luz sobre la formación del molibdeno en las estrellas y explicando, con ello, su abundancia.

“La medición resultó estar cerca de algunas de las estimaciones teóricas previas. De hecho, al incorporar este nuevo resultado en los modelos estelares más avanzados, estos presentan mucha menos incertidumbre y logran reproducir con éxito las abundancias de molibdeno-94 observadas en el polvo estelar antiguo, lo que marca un hito en el enigma del molibdeno”, explica Javier Balibrea Correa, investigador del IFIC y primer autor del trabajo, donde también participa Jorge Lerendegui Marco.

La instalación de física nuclear n_TOF (del inglés neutron time-of-flight) se dedica al estudio de reacciones inducidas por neutrones, uno de los componentes del núcleo del átomo, mediante la técnica de tiempo de vuelo, que consiste en determinar características de las partículas a partir del tiempo que tardan en alcanzar una cierta estación experimental. La medida del experimento fue posible también gracias a un esfuerzo internacional para producir y caracterizar las muestras radiactivas, con la participación del IFW Dresden, Institut Laue-Langevin (ILL) y Paul Scherrer Institute (PSI).

Aunque el resultado del experimento ha supuesto un gran paso en la resolución del rompecabezas del polvo estelar, aún queda por comprender otra pieza importante. Los investigadores solo disponen de estimaciones teóricas para los otros procesos nucleares que puede sufrir el niobio-94. Los futuros experimentos buscarán realizar mediciones precisas de otros procesos para comprender mejor de dónde proviene todo el molibdeno observado, y construir así una imagen más clara de cómo las estrellas crean los elementos más pesados.

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