La fusión de dos estrellas de neutrones produjo 100 veces la masa de la Tierra en metales preciosos y uranio.
A Gabriel Martínez-Pinedo le gusta resaltar que los humanos y la Tierra no solo están hechos de polvo de estrellas, como decía Carl Sagan, sino también de residuos radiactivos. Hijo de un agricultor y una ama de casa de Puebla de Almenara, un pueblo de Cuenca de menos de 500 habitantes, este físico lleva años investigando el origen de los elementos más pesados que el hierro, una de las 11 preguntas más importantes de la física actual, según la Academia de Ciencias de EE.UU.
Esta semana, Martínez-Pinedo ha visto confirmarse su predicción sobre cómo y dónde se generan el oro, la plata o el uranio que hay en el universo. Como a él le gusta recordar, son desechos radiactivos producidos por el choque de dos estrellas.
En los años ochenta, Sagan explicaba que "el nitrógeno de nuestro ADN, el calcio de nuestros dientes, el hierro de nuestra sangre y el carbono de las manzanas se fabricaron en el interior de estrellas que implosionaron" al final de sus vidas. La frase del gran divulgador condensaba todo lo que se sabía hasta el momento sobre la procedencia de los elementos. Los dos más ligeros, el hidrógeno y el helio, se formaron en menos de tres minutos después del Big Bang, hace 13.700 millones de años. El resto apareció en el interior de las estrellas por fusión nuclear a altas temperaturas. Cuando estas estrellas explotan en supernovas al final de su vida esparcen todos esos elementos por el universo. Todo ese proceso se detiene bruscamente en el hierro, el último elemento conocido que se puede sintetizar en el corazón de una estrella. La gran pregunta es de dónde vienen otros compuestos que tienen más protones y neutrones en su núcleo, como el oro o la plata con los que los humanos hacemos nuestras joyas o el uranio que empleamos en centrales nucleares y bombas atómicas.
En los años 70 se especuló con la posibilidad de que las minas de estos metales preciosos en el universo están en las estrellas de neutrones, los astros más pequeños y densos que se conocen. Estos cuerpos son el esqueleto de antiguos astros a tan alta presión que cada cucharadita pesa unos mil millones de toneladas. En 1999 se realizaron los primeros cálculos numéricos serios que sugerían que era posible la síntesis de nuevos núcleos atómicos durante el choque de dos estrellas de neutrones. En 2010, una colaboración internacional codirigida por Martínez-Pinedo, investigador en el Centro de Investigación de Iones Pesados y la Universidad Técnica de Darmstadt (Alemania), y Brian Metzger, de la Universidad de Columbia (EE.UU.), predijo exactamente cómo sucedería. El grupo del físico español determinó los elementos producidos en la colisión y calculó la energía que liberarían, y Metzger usó esos datos para reconstruir la "curva de luz" que produciría la fusión. Los cálculos indicaban que la colisión brillaría como 1.000 novas, por lo que la bautizaron como kilonova.
El martes pasado se anunció la primera observación de la colisión de dos estrellas de neutrones, un hito histórico para el conocimiento del universo. La luz liberada por una kilonova a 130 millones de años luz fue observada por telescopios espaciales y terrestres. Consistía en un destello azul que después se fue tornando rojo, lo que coincidía con la predicción de los científicos europeos y estadounidenses siete años antes. Tras la fusión de las dos estrellas, los núcleos atómicos fueron incorporando cientos de neutrones y se fueron sintetizando núcleos atómicos cada vez más pesados, oro, platino, uranio y, al final del proceso, unos pocos días después de la explosión, tierras raras caracterizadas por su destello rojizo. Era una descomunal fábrica que transformaba el hierro en los elementos más codiciados del planeta.
"Lo que se ha sucedido es lo mismo que ocurrió en la central de Fukushima, una reacción nuclear que libera una cantidad de energía enorme y que produce toda esa luz observada y el cambio de color del azul al rojo", explica Martínez-Pinedo al teléfono desde su despacho. Este proceso rápido de captura de neutrones produjo "unas 100 veces la masa de la Tierra en oro y unas 10 veces en plata y uranio, todo en pocos en segundos", asegura.
"Metzger y Martínez-Pinedo se basaron en trabajos anteriores, pero ellos desarrollaron un modelo teórico mucho más complejo del que había antes, con varios procesos diferentes que efectivamente hemos observado", explica Christina Thöne, investigadora del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA CSIC) y coautora de una de las observaciones de la fusión de estrellas de neutrones publicadas el martes.
Tras la fusión, los núcleos atómicos salieron despedidos a un 20% de la velocidad de la luz. El oro, la plata y el resto de metales se mezclarán con otros materiales dando lugar a un nuevo sistema planetario donde, tal vez algún día, alguien se pregunte cómo llegaron hasta allí.
