Astronomía

¿El oro realmente proviene de las supernovas?

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¿Sabemos realmente que el origen del oro fue una explosión de supernova?

Me refiero al oro que encontramos aquí en la Tierra.

Entonces, ¿cómo estamos seguros de que el oro realmente provino de estas explosiones? ¿Retrocedieron hace algunos millones de años y descubrieron que el oro se hizo en una supernova?


No necesitamos ver las cosas para comprenderlas.

Ahora se entiende generalmente que el oro se forma en colisiones de estrellas de neutrones. La evidencia de esto es en parte teórica: los modelos de colisiones de estrellas de neutrones sugieren que producirían grandes cantidades de elementos pesados, y las supernovas regulares no producirían oro en las cantidades adecuadas para explicar las concentraciones encontradas en el sistema solar.

En segundo lugar, tenemos evidencia observacional de la colisión de dos estrellas de neutrones, detectada por ondas gravitacionales, lo que permitió a los científicos analizar en detalle la luz proveniente de esta colisión. No podemos ver el oro, pero podemos ver la radiación que indica la presencia de isótopos radiactivos que se descompondrán para formar oro.

Este oro flotaría en el espacio interestelar durante un tiempo hasta que formara parte del polvo alrededor de una estrella recién formada. Ese polvo se acumula para formar planetas. La mayor parte del oro real que encontramos llegó a la Tierra transportado por meteoritos, ya que el oro original habrá caído al núcleo de la Tierra cuando la Tierra se fundió.

Así que tenemos un buen modelo para explicar cómo se puede formar oro en colisiones de estrellas de neutrones y evidencia de que esto realmente está sucediendo. Eso es suficiente para que esta sea la teoría generalmente aceptada.


¿Sabemos realmente que el origen del oro fue una explosión de supernova?

Hasta los últimos años que estaba la explicación generalmente aceptada, pero las cosas han cambiado un poco debido a dos desarrollos.

Aproximadamente la mitad de los elementos más pesados ​​que el hierro (incluido el oro) deben producirse mediante la captura rápida de neutrones, el llamado proceso r. Esto no está en debate, pero el sitio astrofísico principal del proceso r sí lo está.

(1) Se ha vuelto cada vez más difícil producir cantidades suficientes de algunos de los elementos más pesados ​​(incluido el oro) en modelos teóricos de explosiones de supernovas. El problema es que el material que explota no es lo suficientemente rico en neutrones, a menos que se cumplan condiciones muy específicas relacionadas con la rotación rápida, los campos magnéticos y la baja metalicidad general.

(2) La observación simultánea en ondas gravitacionales (por aLIGO) y ondas electromagnéticas de GW170817 ha revelado que la fusión de estrellas de neutrones es posiblemente un sitio más eficaz para la producción de elementos del proceso r. La detección de GW proporciona claramente evidencia de que este evento se produjo mediante la fusión de estrellas de neutrones y la espectroscopia infrarroja detallada de la luz de la explosión "kilonova" que la acompaña ha revelado la presencia de elementos lantánidos pesados ​​en la eyección, que son un producto del proceso r .

Ahora hay Tres dificultades para llegar a la conclusión de que todo el oro se produce al fusionar estrellas de neutrones. Bien puede ser la fuente dominante, pero en primer lugar, queda por establecer cuál es el Velocidad de estos eventos están en el universo local, sin importar cuál fue la tasa de estos eventos antes de que nacieran el Sol y el sistema solar. Aquí hay incertidumbres de orden de magnitud, aunque se puede hacer otra inferencia / extrapolación para suponer que las estrellas de neutrones fusionadas son responsables de estallidos cortos de rayos gamma y usar la velocidad de estos para estimar la historia cósmica de estos eventos. En segundo lugar, es incierto cuánta producción de elementos del proceso r tiene lugar. Esto no puede establecerse muy bien a partir de las observaciones de un solo evento y existen considerables incertidumbres teóricas. En tercer lugar, hay observaciones de estrellas halo muy antiguas que tienen atmósferas enriquecidas con elementos del proceso r. Parece poco probable (aunque quizás no imposible) que hubiera habido tiempo antes del nacimiento de estas estrellas para producir este enriquecimiento a través de la fusión de estrellas de neutrones, que es un proceso que puede llevar cientos de millones o incluso miles de millones de años. Esto puede haber alguna proporción de elementos del proceso r que están producido en ciertos tipos de supernovas de colapso del núcleo.

Se pueden encontrar más detalles y referencias en mi respuesta a esta pregunta estrechamente relacionada.

Pero tal vez tu pregunta sea más amplia que esta. ¿Cómo podemos estar seguros de que se producen elementos pesados ​​dentro de las estrellas? La respuesta a eso radica en un largo proceso de teoría, seguido de observación, seguido de refinamientos de la teoría, pero la respuesta básica es que podemos ver ejemplos de estrellas muy antiguas nacidas justo al comienzo de nuestra galaxia. Estas estrellas casi no contienen elementos pesados ​​(menos de una diezmilésima parte de lo que inferimos que está en el Sol). También podemos medir la presencia de (algunos) elementos pesados ​​en la eyección de estrellas de gran masa y también podemos ver elementos pesados ​​frescos que aparecen en las superficies de estrellas gigantes que se han mezclado desde los centros de las estrellas donde se están produciendo. en reacciones nucleares.


Ep. 14: Todos estamos hechos de supernovas

Fraser Caín: Bien, pasemos al gran y esperado espectáculo. Hace dos semanas hablamos sobre el origen de las estrellas y la semana pasada hablamos de cómo mueren las estrellas. Esta semana completamos la trilogía estelar para responder a la pregunta: ¿Qué pasa con las estrellas realmente, realmente, realmente grandes cuando mueren?

De acuerdo, no te dejaremos aguantando la respiración por más tiempo. Pamela, hablemos de las grandes estrellas.

Dra. Pamela Gay: ¿Con qué tamaño quieres empezar?

Fraser: Más grandes que las estrellas más grandes de las que hablamos la semana pasada, supongo, con una masa estelar un poco más grande.

Pamela: Bueno, ¿por qué no empezamos primero con los realmente grandes? Entonces, hay estrellas que tienen ciento cincuenta veces la masa del sol, cien veces la masa del sol, estas son estrellas gigantes. Y, de hecho, son tan grandes que la presión ligera, la presión de radiación desde los centros de las estrellas hacia el exterior, es tan fuerte que la gravedad está luchando para mantener estos comienzos juntos. Y en cierto punto, la gravedad comienza a perder. Las capas externas de la estrella salen volando y el hidrógeno se elimina, y si continúa el tiempo suficiente, incluso parte del helio comienza a eliminarse.

Estas estrellas se llaman estrellas Wolf-Rayet. Son, en sus primeras etapas, brillantes, luminosas, variables. Hay uno de ellos que nuestros compañeros del hemisferio sur pueden ver llamado Eta Carinae. Aún no ha alcanzado la etapa de Wolf-Rayet, pero va a llegar allí. Y cuando lo haga, empezará a expulsar enormes cantidades de masa, despojándose de su atmósfera. Y en su núcleo, eventualmente comenzará a convertir helio en carbono y eventualmente ese carbono se destellará, y cuando lo haga, pondrá tanta energía en el sistema que la estrella simplemente se detendrá. ser una estrella. Va a autodestruir la energÃa cinà © tica de las partÃculas en la estrella, va a ser tan grande que simplemente se deshace y no deja nada atrás. ¿Cómo es eso de una muerte dramática?

Fraser: Por lo tanto, es la ligera presión del combustible que está quemando lo que es tan fuerte que solo está soplando el exceso de combustible.

Pamela: Simplemente está soplando la atmósfera exterior de la estrella. El hidrógeno desaparece y, si queda un poco de hidrógeno, se obtiene un tipo de supernova. Si solo te queda un poco de helio de la atmósfera, obtienes un tipo diferente. Estas son las supernovas de tipo 1B y 1C.

Fraser: ¿Y qué tan grandes tienen que ser? ¿Cuándo empieza a suceder eso?

Pamela: Bueno, la estrella comienza con ciento o ciento cincuenta masas solares, pero a medida que sopla las partes exteriores de eso, la atmósfera, más y más lejos, se hace cada vez más pequeña, y para cuando sopla, solo tiene entre 3 y 15 masas solares. Entonces se deshace de una gran cantidad de masa mientras se deshace de su atmósfera.

Fraser: Pero, ¿por qué los elementos más pesados, el carbono, etc., explotan?

Pamela: Por lo tanto, tiene un núcleo que está comprimido y se comprime a sí mismo en su configuración más pequeña posible. Se empaqueta para que los átomos estén perfectamente alineados, de modo que realmente no puedan acercarse más.

Ahora, normalmente, cuando le agregas calor a una estrella, se expande un poco y se ajusta para que la temperatura nunca le haga nada dramáticamente malo a la estrella. Bueno, debido a que los átomos están todos tan apretados que no pueden moverse. Y cuando la temperatura aumenta, aumenta a velocidades desbocadas. Y el repentino y enorme aumento de temperatura hace que la estrella simplemente explote.

Entonces, al empacar el núcleo con tanta fuerza, se convierte en una especie de teatro abarrotado donde alguien grita "¡fuego!" y la gente simplemente no puede salir de forma ordenada. En este caso, el fuego se enciende y los átomos no pueden expandirse de manera normal para cortar el aumento de temperatura.

Fraser: ¿Y queda algo?

Pamela: No, no más estrellas.

Pamela: Obtienes una nebulosa realmente bonita.

Fraser: Eso es una gran explosión. Bien, entonces & # 8230

Pamela: Es realmente genial.

Fraser: Ahora, hay un montón de tipos de supernovas, así que supongo que hagámonos un poco más pequeños. Algo un poco más, ya sabes, un poco menos peligroso.

Pamela: Bueno, entonces, hay diferentes tipos de formas de convertirse en supernova. Puede comenzar realmente enorme y reducirse a ser un poco más pequeño. O puede empezar no tan grande, no perder tanta materia, pero cuando se esté preparando para explotar, sea mucho más grande. Entonces, si una estrella termina, después de pasar por sus diferentes fases de vida, con más de 15 masas solares, es capaz de construir elementos cada vez más pesados ​​en su centro, llegando al punto en el que ha cosas como silicio en el centro.

Fraser: Así es, como la semana pasada hablamos de cómo nuestra estrella, ya sabes, solo llegará al punto en que junte carbono en un bonito y bonito diamante. Pero no va más allá de eso.

Fraser: Pero si hay suficiente fuerza gravitacional para que pueda seguir mezclando carbono y elementos cada vez más pesados ​​& # 8230

Pamela: Y a medida que se acumula con elementos, eventualmente la estrella llegará al punto en que tienen un núcleo de hierro sólido. El problema con el hierro es todo hasta el hierro, todo lo que pesa menos hasta ese momento, cuando lo fusionas, liberas energía. Entonces, puede fusionar carbono y oxígeno en silicio y obtener energía liberada en el proceso. El hierro no es tan bueno.

Fraser: Y entonces la presión ligera, ese es el punto en el que liberas la energía, obtienes más presión ligera.

Pamela: Y esta presión de radiación, esta ligera presión, que impide que la estrella colapse, está sosteniendo la capa exterior de la atmósfera que quiere colapsar. Entonces, terminas construyendo elementos cada vez más pesados, pones este hierro allí y es como, “Me niego a fusionar. No puedes obligarme ”. Y se queda ahí y la generación de energía se apaga. Y de repente, la gravedad gana.

Y las capas externas de la estrella se estrellan contra el núcleo, el núcleo se colapsa y, dependiendo de qué tan grande sea el núcleo, puedes terminar con un agujero negro en el centro, puedes terminar con un depósito de neutrones en el centro, y cuando las capas externas se derrumban, se rompen y las reacciones termonucleares explotan. Obtienes un trillón de bombas nucleares básicamente explotando.

A medida que las capas se derrumban, las acciones nucleares despegan. Y luego las capas externas de la estrella explotan con todo tipo de reacciones ordenadas, y así es como obtenemos todos los elementos que son más pesados ​​que el hierro. Oro, plata, todas estas cosas radiactivas geniales que usamos para construir plantas de energía nuclear. Todo proviene de supernovas.

Fraser: De acuerdo, tengo un millón de preguntas. Entonces, desmantelemos esta pieza por pieza. Entonces, todos los elementos más pesados ​​están cayendo juntos, y luego llegas al escenario de hierro. Entonces, ¿hay una gran brecha entre el núcleo y las capas externas de la estrella?

Pamela: No es tanto una gran brecha, ya que tienes estas capas de cebolla donde tienes cada capa haciendo diferentes tipos de fusión nuclear. Entonces, se está formando hierro en el núcleo. Tienes silicio formándose en una capa fuera de eso, oxígeno en una capa fuera de eso, carbono y helio y luego hidrógeno a medida que avanzas desde el centro hacia la superficie de la estrella.

Y ese núcleo de hierro está incrustado en el centro mismo de este nivel de cebolla. Pero cuando colapsa en un agujero negro o una estrella de neutrones, algunas de estas capas externas, comienzan a colapsar y, al hacerlo, se vuelven a encender y comienzan a suceder todo tipo de reacciones nucleares salvajes. También obtienes todos estos neutrones emitidos por lo que está sucediendo en el núcleo. Así que los protones, los electrones, todo tipo de cosas, están siendo aplastados, tienes neutrones volando en todas direcciones, y cuando bombardeas átomos con neutrones, los aceptarán hasta cierto punto. Y en ese punto, esos neutrones comenzarán a convertirse en otras cosas. Por lo tanto, puede comenzar a convertir hierro en elementos más pesados ​​si lo bombardea con neutrones el tiempo suficiente. Así que lo bombardeas con neutrones, lo bombardeas con neutrones y, finalmente, se convierte en algo inestable. Y sufre desintegración radiactiva. Y cuando hace eso, obtenemos los elementos más pesados.

Fraser: Correcto, y en el caso anterior con las estrellas Wolf-Rayet, simplemente desaparecen en una nube de partículas. Con estos, ¿qué tipo de forma toma la explosión y qué queda?

Pamela: Bueno, las capas externas de la estrella explotan, como en el otro caso. Pero mientras que antes, el centro de la estrella también explotó hacia afuera, aquí el centro de la estrella colapsa y se convierte en algo muerto. Es un agujero negro, que no está generando energía hasta donde sabemos, o una estrella de neutrones, que simplemente irradia calor pero no produce ninguna nueva energía a través de reacciones nucleares.

Fraser: Entonces, ¿la estrella de neutrones estaría compuesta en gran parte de hierro? ¿O qué, qué queda, qué antes se conocía como hierro?

Pamela: Entonces, con una estrella de neutrones, la materia se aplasta tan cerca que cuando los electrones y los protones se aplastan, no hay suficiente espacio para que permanezcan como partículas separadas. Así que se juntan en su forma más pequeña, que en realidad es un neutrón y algo de energía. Así que estamos convirtiendo nuestros protones y electrones en sólo un neutrón y luego pequeñas partículas diminutas vuelan para conservar la carga y cosas así. Entonces, las estrellas de neutrones son solo neutrones.

Fraser: Está bien. Ya no es reconocible como lo que alguna vez fue.

Pamela: Exactamente. Todas las memorias de los átomos anteriores se borran.

Fraser: Y más aún para los agujeros negros, pero lo cubriremos para otro programa.

Fraser: De acuerdo, de acuerdo, entonces tenemos las estrellas realmente grandes explotando, y tenemos, ya sabes, estrellas bastante grandes explotando, ¿hay algo más pequeño o es solo la más pequeña? ¿va a conseguir?

Pamela: Bueno, para que las cosas más pequeñas exploten, necesitan tener un compañero en el crimen. Entonces tenemos estrellas más pequeñas que explotan. De hecho, si nuestro sol estuviera asociado con otra persona, también podría convertirse en supernova.

Una de las etapas finales de los ciclos de vida de las estrellas más pequeñas es convertirse en una enana blanca. Aquí es donde las capas externas de la estrella simplemente se alejan y se convierten en una nebulosa planetaria, y el núcleo de la estrella, que generalmente es carbono, oxígeno o helio, se queda atrás. Y ese remanente dejado que se está irradiando térmicamente, todavía tiene gravedad, y si está demasiado cerca de otra estrella, esa gravedad puede comenzar a arrancar material de su estrella vecina.

A medida que el material entra en espiral y las estrellas se acumulan en la superficie de la enana blanca, experimenta muchas reacciones diferentes. A medida que fluye desde la estrella cercana a la enana blanca, forma un disco de acreción. La materia no puede ir directamente de la estrella vecina a la superficie de la enana blanca, porque hay todo tipo de cosas que tienen que ver con la conservación del momento angular que gira en espiral.

Fraser: Así que esto es como agua que se va por el desagüe.

Pamela: Exactamente. Este disco experimentará ocasionalmente sus propias reacciones termonucleares, sus propios procesos de fusión, porque el disco se volverá tan denso que será como las condiciones en el centro de la estrella. Y todos estos diferentes estallidos, todos estos diferentes momentos en que ese disco se enciende, puede terminar depositando cenizas en la superficie de la enana blanca, haciéndola gradualmente más y más grande y más grande. Y a medida que la enana blanca crece, la presión en el centro aumenta cada vez más y la temperatura en el centro aumenta cada vez más. Y esto eventualmente puede causar el mismo tipo de cosas que suceden en el núcleo de esa estrella Wolf-Rayet: básicamente las temperaturas suben y la estrella no puede reaccionar a ese aumento de temperatura, no puede expandirse, y en cambio termina detonando. Toda la estrella acaba explotando. Al igual que con Wolf-Rayet, excepto que esta vez se debe al vertido de materia sobre una enana blanca.

Fraser: Ahora, sé que los astrónomos pueden observar los diferentes tipos de explosiones de supernovas y decir, esa era una estrella Wolf-Rayet, esa era una estrella de tipo 1B. ¿Cómo pueden notar la diferencia?

Pamela: Bueno, las diferentes estrellas tienen diferentes explosiones características. Es algo así como, puedes mirar los fuegos artificiales e identificar qué tipo de fuegos artificiales estás mirando en función de los colores de la luz emitida en las explosiones y la forma de la dispersión de la luz.

Con las supernovas, podemos ver cuánta luz se emite durante cuánto tiempo, podemos ver qué elementos están presentes en la explosión de la supernova. Y al observar todas estas características diferentes, podemos tirarlas en contenedores. De hecho, creamos los contenedores antes de entender el significado de los contenedores, porque a veces es más fácil ver las características que entender por qué existen las características que vemos. Entonces, el tipo 1 y el tipo 2 se basan en la forma de la curva de luz. Y luego las diferentes subcategorías se basan en los elementos que vemos en las explosiones. Así que salimos y miramos, ¿hay silicio ahí? Salimos y miramos, ¿cuánto tiempo fue? ¿Qué tan brillante fue? Y todas estas características nos permiten aplicar ingeniería inversa a qué estrella debe haber estado allí antes.

Fraser: ¿Y cómo podemos saber qué tan brillantes son? Porque quiero decir, puede variar en distancia, ¿verdad?

Pamela: Afortunadamente, las supernovas en muchos casos funcionan como explosiones estándar. Si tienes una cierta cantidad de dinamita y la configuras para que explote, creará una explosión de cierto tamaño. Por tanto, existe una correlación directa entre la cantidad de dinamita y el tamaño de la explosión.

Bueno, con las supernovas, existe una correlación entre el tipo de supernova que había y la cantidad de energía que emite, y hemos podido medir el brillo de las supernovas para obtener la luminosidad real de la supernova por mirándolos en sistemas cercanos. De vez en cuando tenemos suerte y se disparan supernovas en galaxias a las que tenemos otros medios para medir las distancias, ya sea usando estrellas variables Cefeidas o alguna otra técnica. Y calibrando la cantidad de luz emitida por una supernova con la distancia, y usando algún otro método definido por esa distancia, podemos decir, esta supernova que está muy lejos, sé lo brillante que es. aparece, sé cuánta luz emitió, ahora puedo usarlo para determinar la distancia a esa galaxia lejana.

Fraser: En algunos programas, hablamos sobre cómo medir la distancia en el Universo, y una de las velas estándar que mencionamos fue esta, estas supernovas de tipo 1A. ¿Puedes dar un poco más de información ahora sobre cómo se conecta eso?

Pamela: Bueno, en general, las enanas blancas tienen aproximadamente el mismo tamaño. Entonces tenemos nuestro tamaño estandarizado de dinamita. Y estas enanas blancas acumulan lentamente cenizas de explosiones nucleares en su disco de acreción. Y el disco de acreción proviene de ellos despojando gravitacionalmente la materia de una estrella cercana.

Casi todas las estrellas explotan una vez que alcanzan exactamente el mismo punto. Entonces la masa actúa como un mecanismo desencadenante natural. Vierta suficiente masa sobre él, explota. Vierta suficiente masa sobre él, explota. Funciona exactamente de la misma manera todo el tiempo. Y no importa de qué tamaño comenzara la enana blanca, si comenzó muy pequeña, simplemente acumula masa durante mucho más tiempo, o dependiendo de la tasa de masa, simplemente acumula suficiente masa para llegar al mismo nivel de umbral. Uno que comienza más grande no necesita quitar tanta masa de su estrella compañera antes de que explote.

Fraser: Ahora, ¿vemos alguna estrella que esté haciendo esto?

Pamela: Si. Vemos estrellas todo el tiempo que están despojando de materia a sus compañeros. Es una de esas cosas realmente interesantes sobre la astronomía de estrellas variables, podemos mirar a través del cielo y ocasionalmente ver estrellas brillar con brillo. Y si los miramos con telescopios grandes, podemos empezar a ver el disco de acreción junto a una especie de estrella normal. Las enanas blancas son demasiado pequeñas para poder verlas en general, pero podemos ver los discos de acreción y sabemos lo que está pasando dentro. Así que vemos lo que está sucediendo, todavía no hemos podido ver ninguna supernova buena, pero vemos las primeras etapas y vemos los resultados. Y podemos construir teorías para unir los dos puntos.

Fraser: Correcto, he cubierto algunas historias en Universe Today sobre estrellas que parecen estar en el borde, que tienen pequeñas novas, pequeños destellos de luz que son detectables y que pueden medir la masa. de la estrella y detectarla justo en ese límite, donde las estrellas están a punto de estallar. Si está a punto de estallar significa mañana u otros cien mil años.

Pamela: Y esa es una de las cosas atemorizantes de estas cosas, son las estrellas realmente grandes que están haciendo supernovas, son fáciles de encontrar, están ahí afuera, son enormes, son están hinchados, sabemos lo que van a hacer. Las enanas blancas son estas pequeñas cosas diminutas que a menudo pueden pasar completamente desapercibidas, por lo que podría haber algunas por ahí que van a estallar y no sabemos que van a estallar hasta que realmente suceda.

Fraser: Bien, ahora vas a asustar a la gente.

Fraser: ¿Qué tan cerca tiene que estar una supernova para que sea peligrosa para nosotros?

Pamela: Una estrella debe estar a unos 25 años luz de distancia antes de que comencemos a tener problemas. Pero afortunadamente, hasta donde sabemos, no hay estrellas gigantes & # 8211 y las hubiéramos encontrado, en 25 años luz, que nos plantean algún peligro.

Fraser: Así que solo esas bonitas enanas rojas seguras que existirán durante un billón de años.

Pamela: Y algunas otras estrellas más mediocres que estarán por unos pocos billones, pero nada peligroso. Las dos estrellas cercanas más peligrosas son probablemente Eta Carinae, que se encuentra a unos 7.000 años luz de distancia, y Betelgeuse, que está a unos 800 años luz de distancia. Estas dos estrellas no nos plantean ningún peligro en términos de causar daño al planeta Tierra. Van a causar algunas explosiones realmente bonitas, van a brillar mucho más que la luna, pero aparte de un espectáculo de luces realmente genial, nadie en la Tierra sufrirá ningún daño.

Aunque, en realidad, hay muchos científicos que piensan que algunas de las extinciones masivas pasadas en el planeta Tierra pueden haber sido causadas por supernovas en el pasado. Pero no hemos podido identificar ninguno exactamente. La supernova cercana más poderosa, la que creó el Cygnus Loop, que es fácilmente visible en telescopios de aficionados, estaba a unos 80 años luz de distancia y ocurrió hace unos 20 mil años cuando el hombre de Cro-Magnon caminó sobre la Tierra. Emitía mil veces más luz ultravioleta que el sol, pero nuestra atmósfera nos cuidó, así que mientras estaba ahí afuera luciendo ardiente, estérilmente brillante durante el día y probablemente traumatizando a nuestros primeros parientes genéticos, el planeta no sufrió ningún daño. .

Fraser: Y así, con Betelgeuse y Eta Carinae, ¿van a explotar en algún momento en el futuro cercano?

Pamela: Depende de con quién hables. Hay unos pocos esperanzados que están como, "ellos se van a ir, se van a ir, se van a ir". Pero con Eta Carinae, realmente no tenemos ni idea de lo que está pasando. Eta Carinae es un misterio gigante. Es una estrella que ocasionalmente hace cosas divertidas, se encendió hace unos ciento cincuenta años y se convirtió en esta estrella increíblemente brillante después de haber vivido una vida de seguridad. Pasa por todo tipo de cosas raras de rayos X y, sí, no lo entendemos. Entonces podría explotar. Las teorías más populares, en las que la mayoría de la gente confía, dicen que en realidad tiene que pasar primero por una etapa de Wolf-Rayet, y todavía no está allí, así que dale un millón de años.

Fraser: Pero esas estrellas no duran mucho.

Pamela: No duran mucho. Entonces nuestro planeta seguirá aquí cuando exploten. Pero podría durar mil años, podría durar un millón de años, y más probablemente dentro de un millón de años, porque tiene que pasar por esta etapa Wolf-Rayet.

Fraser: Y Betelgeuse

Pamela: Betelgeuse recién está comenzando a hacer llamaradas y pulir cosas con su atmósfera. Y, por lo tanto, probablemente también le quedan otros cientos de miles o un millón de años. Pero podría desaparecer en cualquier momento, si escuchas los documentos adecuados.

Fraser: Derecha. Bueno, creo que eso cubre todas mis preguntas esta semana. Eso es genial. Kaboom.

Pamela: ¡Kaboom! Es muy emocionante.

Fraser: Impresionante. De acuerdo, bueno, hablaremos contigo la semana que viene. Gracias, Pamela.

Pamela: Suena genial. Hablamos más tarde, Fraser.

Esta transcripción no coincide exactamente con el archivo de audio. Ha sido editado para mayor claridad.


# 53: ¿El oro de la Tierra vino del espacio exterior?

El platino en su anillo de bodas y el oro en sus empastes dentales muy probablemente llegaron a la Tierra en un furioso bombardeo meteórico 200 millones de años después de la formación del planeta, informa el geólogo Matthias Willbold de la Universidad de Bristol. Según los modelos estándar de formación planetaria, el oro, el platino y el tungsteno que estaban presentes cuando nació la Tierra deberían haberse unido rápidamente al hierro y hundirse en el núcleo del planeta. Esos metales preciosos son miles de veces más frecuentes en la superficie de la Tierra y en su manto de lo que predicen los modelos.

Willbold propone que una colosal lluvia de meteoritos hace unos 4 mil millones de años depositó el brillo adicional. Para probar su teoría, midió la mezcla isotópica de tungsteno en rocas de una formación antigua que es anterior a la lluvia de meteoros propuesta. Luego comparó las lecturas con los isótopos encontrados en rocas más recientes. "Si miras rocas realmente antiguas en Groenlandia, la composición del tungsteno es diferente", dice.

El grupo de Willbold informó en un artículo publicado en septiembre pasado que los niveles de ciertos isótopos en las rocas más nuevas son ligeramente más bajos que en las antiguas, lo que indica una adición de metales preciosos similar a la que habrían producido los impactos meteóricos. Más allá de rociar el planeta con riquezas, Willbold cree que la lluvia de meteoritos podría haber ayudado a entregar los ingredientes necesarios para la vida: "La mayor parte del agua de la Tierra hoy puede haber sido traída durante ese bombardeo tardío".


La historia de la estrella de neutrones

En 1974, los radioastrónomos encontraron el primer sistema binario de estrellas de neutrones. Con cada órbita, la pareja perdía energía, lo que implicaba que algún día colisionarían. El mismo año, los astrofísicos James Lattimer y David Schramm modelaron lo que sucedería en tal situación, no específicamente el choque de dos estrellas de neutrones, ya que eso era demasiado complicado de calcular en ese momento, sino la fusión similar de una estrella de neutrones y una estrella de neutrones. calabozo.

Si bien las explosiones de supernovas pueden eclipsar brevemente a todas las galaxias que las albergan, las estrellas de neutrones son extremadamente difíciles de ver. La supernova que produjo la nebulosa del Cangrejo fue observada por muchas culturas diferentes en el año 1054, la estrella de neutrones que dejó atrás no fue detectada hasta 1968. Una fusión de dos estrellas de neutrones sería aún más difícil de encontrar y comprender. Pero aunque nadie había visto nunca uno, este tipo de evento exótico podría ser responsable de la r-elementos de proceso, dijeron Lattimer y Schramm.

Imagínese dos estrellas de neutrones acercándose a su abrazo final. En las últimas órbitas entre sí antes de unirse a una estrella de neutrones más grande o un agujero negro, el par es sacudido por enormes mareas gravitacionales. La colisión expulsa enormes cantidades de material.

"Es como si aprietas un tubo de pasta de dientes, las cosas salen volando por el final", dijo Brian Metzger, astrofísico teórico de la Universidad de Columbia. Detrás de cada estrella de neutrones se extiende una cola, con quizás 10 neutrones por cada protón, todo calentado a miles de millones de grados. Los núcleos pesados ​​se forman en aproximadamente un segundo. Debido a que tienen tantos neutrones adicionales, son inestables, radiactivos. Brillan y eventualmente se descomponen en cosas como oro y platino.


Historia, contada por estrellas pobres en metales

"Hay muchos problemas con las fusiones de estrellas de neutrones como fuente de elementos pesados ​​en el universo temprano", explica Kaley Brauer (Instituto de Tecnología de Massachusetts), quien dirigió el nuevo estudio.

Un problema de larga data se refiere a las estrellas pobres en metales que se encuentran en el halo galáctico. Estas escasas estrellas rodean el disco espiral de la galaxia y se formaron hace mucho tiempo a partir de un gas casi prístino que apenas fue tocado por generaciones anteriores de estrellas. Sin embargo, estas estrellas pobres en metales tienen una cantidad relativamente alta de elementos del proceso r en sus atmósferas. ¿Cómo llegaron estos elementos al gas del que nacieron las estrellas?

Por lo general, dos estrellas de un sistema binario tardan miles de millones de años en convertirse en estrellas de neutrones, en espiral una hacia la otra y fusionarse. Para cuando la fusión siembra el gas circundante con elementos del proceso r, la estrella pobre en metales ya había nacido.

El colapso de una estrella masiva que se acerca al final de su breve vida también podría crear condiciones propicias para la formación de elementos del proceso r, pero en escalas de tiempo más cortas que las de una fusión binaria. La idea funciona en teoría, pero no se ha probado directamente.

Brauer y sus colegas decidieron probar si el escenario de colapso de estrellas podría explicar la abundancia de elementos del proceso r, en particular el europio observado en estrellas pobres en metales. “Comenzamos con una simple suposición”, dice Brauer. "¿Qué pasaría si dijeras que todos los elementos pesados ​​se formaron de esta manera en el universo primitivo?"


Silver in Space: Metal Found to Form in Distinct Star Explosions

Astronomers decode nuclear recipe for precious metal forged in supernovae.

It's long been known that earthly metals like gold and silver were forged in supernova explosions, but the metals' exact origins have been shrouded in mystery. Now a new study has identified the unique nuclear recipe for silver in space.

While most common light elements like hydrogen and helium were formed in the big bang, heavier elements like carbon and oxygen are formed within stars through nuclear fusion.

Rare heavy metals like silver and gold, however, need the most extreme stellar environments to form—found only during the explosions of massive stars, or supernovae. (See supernovae pictures.)

When these stellar titans die and explode, they spew new materials into space—the origin of most heavy metal

elements on Earth, said lead study author Camilla Hansen, an astronomer at Heidelberg University in Germany.

To pinpoint just how silver is produced, Hansen's team used computer modeling as well as observations of more than 70 massive stars.

The team analyzed light wavelengths to discern the stars' chemical makeups. "The amount of each element is directly connected to how strong the spectral lines are, which relates to how hot the star is," Hansen said.

The researchers concluded that silver production occurs in less massive stars than those that produce gold—and through an entirely different type of nuclear fusion, called the weak r-process.

The discovery allowed the team to put a limit on the metals certain types of supernovae can create.

"Stars with masses eight to nine times that of the sun may explode at the end of their lives as faint low-mass supernovae and create elements up to palladium and silver," she said, "but not heavier."

What's more, she said, "it seems that this weak r-process can be connected to supernovae of much lower masses than what we thought earlier."

So while the amount of the metal ejected by a single star may be quite low—as little as a billionth of the original mass of the star—these silver-producing supernovae may be more widespread than their larger, gold-producing cousins.

That cosmic disparity, Hansen said, may help explain why silver on Earth is so much more abundant than gold.

The stellar-silver study is published in the September issue of the journal Astronomy & Astrophysics.


Astronomers finally find the cosmic source of gold and silver

A smashup of two neutron stars is shown in this artist’s rendering. Such a collision sent out gravitational waves and a burst of gamma rays. The ejected debris also left a glow.

NSF, LIGO, A. Simonnet/Sonoma State Univ.

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October 16, 2017 at 3:21 pm

WASHINGTON, D.C. — Some 130 million years ago, the ultradense cores of two dead stars collided. The first evidence of the cataclysmic smashup were gravitational waves. They reached Earth on August 17. As astronomers rushed to home in on their source, they turned up a trove of riches. It is helping explain, among other things, the source of such precious metals as silver, gold and platinum.

Explainer: What are gravitational waves?

This smashup marked the first direct sighting of a collision between two neutron stars. Researchers announced the event today at a news conference in Washington, D.C. Neutron stars are the remnants of aged stars that died in an explosion. The corpses of these stars are spectacularly dense. A single teaspoon of such neutron-rich material would carry a mass that on Earth would weigh roughly one billion tons.

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Churning debris produced in the afterglow of the collision included newly created gold, silver and platinum. There was also a smattering of other heavy elements. Among those: uranium. Until now, the birthplace of such elements had been unknown.

“It really is the last missing piece” of the periodic table, says Anna Frebel. An astronomer, she works at the Massachusetts Institute of Technology, in Cambridge. She was not involved in the new research.

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The light emitted by a neutron star collision showed signs this event was a factory for new-elements (yellow). Some elements are produced in different ways, including through the explosion of huge stars and dying low-mass stars. Robert Hurt/IPAC/Caltech

The extreme conditions produced in the newfound collision forged heavier elements than the parent stars had hosted. “This is heaven for anyone working in the field,” Frebel says. And this new-element factory was quite effective. For instance, scientists have just calculated that the smashup produced about 10 to 100 times Earth’s mass in gold!

It took a scientific village

To probe the event, scientists used data gathered from about 70 different observatories. What they learned from poring over those data resulted in at least 20 new research papers. All were released today. Included among their data had been a tremor of gravitational waves. The Advanced Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, or LIGO, spotted it two months ago. This was the first sign of the smashup.

The afterglow of two merging neutron stars emitted a variety of wavelengths of light that were captured by telescope. Those emissions ranged from the ultraviolet (left, image from NASA’s Swift satellite) and infrared (middle, image from the Gemini South telescope) to radio waves (right, image from the Very Large Array). Robert Hurt/IPAC/Caltech, Mansi Kasliwal and Gregg Hallinan/Caltech, Phil Evans/NASA and the GROWTH collaboration

The National Science Foundation funds LIGO. Observes France Córdova, NSF’s director, “Already [LIGO] is transforming our understanding of the universe.” She says it’s offering “a fresh narrative of the physics of stars in their death throes.”

Like musical instruments taking turns in a symphony, a sequence of various types of electromagnetic radiation (light) followed that first gravitational trill. It started with a burst of gamma rays. Then came a glow of visible and infrared light. These were first spotted about 12 hours after the gravity waves. More than a week later, as those wavelengths faded away, X-rays crescendoed. Radio waves then followed.

Astrophysicists have long dreamed of being able to combine gravitational waves with light to study a neutron-star merger. “The picture that you can put together by having all of those sources is synergistic,” says David Shoemaker. By that he means it’s greater than the sum of the parts. Shoemaker, at MIT, is a spokesperson for LIGO.

It started with gravity waves

LIGO consists of two detectors. One sits in Washington State, another in Louisiana. Both registered an unmistakable sign of the upheaval. It was a shimmying of space itself. It lasted for about 100 seconds before cutting off. It was the strongest and longest series of spacetime ripples LIGO had ever seen.

At once, scientists knew they had something big, says Vicky Kalogera. She’s a LIGO member at Northwestern University in Evanston, Ill. Emails quickly circulated, she said, saying “Oh my God, this is it.”

That ripple in spacetime was an indication of a cosmic crash. As if on an ill-fated merry-go-round, two orbiting neutron stars whirled around each other. They spiraled closer and closer. Eventually, they merged. Each neutron star had a mass a bit greater than that of the sun. The pairing probably collapsed into a black hole (although LIGO scientists can’t be certain). LIGO has previously spotted mergers of swirling black holes having masses tens of times that of the sun. The smaller masses of the orbiting duo suggested that this time the smashup involved neutron stars. And because black holes aren’t expected to emit light, the fireworks that followed confirmed neutron stars as the source.

A sister gravity wave detector, Virgo, exists in Italy. It saw only a faint signal. That helped narrow down where to look for signs of that smashup. It was “a part of the sky that was a blind spot of Virgo,” Kalogera says. Knowing that helped astronomers find the event’s general location in the southern sky.

Just two seconds after the gravity-wave signal, NASA’s Fermi space telescope spotted a glimmer of gamma rays in the same part of the sky. Quickly, other telescopes swung into action. One by one, they began picking up a glow where none had been.

Telescopes used the gravitational waves from the collision of two neutron stars to find the pinpoint of light (right, indicated with red lines) that marks the event. It was light where none had been before (left). P.K. Blanchard, E. Berger, Pan-STARRS, DECam

“We saw what looked like a new star,” says Edo Berger. He’s an astronomer at Harvard University in Cambridge, Mass. He led a team in South America that spotted the light using a camera on the Blanco telescope in Chile. His was one of several teams that observed the blast’s light. That detection pinpointed in which galaxy the collision had occurred. It was NGC 4993. The actual smashup now appears to have taken place 130 million light-years from Earth in the constellation Hydra.

“There was this moment of disbelief” after putting all of that data together. Then, Berger recalls thinking, “Wow, we actually did it. We found it!”

Precious element factory

That afterglow also revealed the birth of elements. As the collision spurted neutron-rich material into space, a variety of heavy elements formed through a chain of nuclear reactions known as the “r-process.” It requires an environment crammed with neutrons. When the conditions are right, atomic nuclei rapidly gobble up neutrons and then undergo radioactive decay. This transforms old elements into newer, bigger ones, before they resume their neutron gorge-fest. The r-process is thought to produce about half of all elements heavier than iron.

In follow-up observations, astronomers picked up the characteristic glow of this process. It’s known as a kilonova (KIL-uh-NO-vuh). “Until this event, we had never directly seen anywhere in nature these heavy elements being forged. Now we have,” says Brian Metzger. He’s a theoretical astrophysicist at Columbia University in New York City. Suddenly, he says, it seems “like you’ve discovered some kind of secret of nature.”

Astrophysicists had disagreed about where the r-process takes place. Two top candidates were exploding stars, called supernovas, and neutron-star mergers. Although scientists can’t yet say whether all r-process elements come from colliding neutron stars, the amount of heavy elements that such smashups should produce appears large enough to explain the amounts of these heavy elements that exist in our universe.

NASA’s Fermi space telescope detected gamma rays from within the region (outlined in yellow) that gravity waves suggested the neutron-star collision occurred. Visible light from the crash allowed scientists to pinpoint the galaxy where this occurred (red dot). Stefano Valenti/UC Davis, DLT40 survey

The collision also yielded something known as a short gamma-ray burst. This brief spurt of high-energy light lasted less than two seconds. Such bursts appear in the sky about 50 times a year. Understanding where they come from has been “a long-standing problem in astrophysics,” says Rosalba Perna. She’s a theoretical astrophysicist at Stony Brook University in New York. The new data have now clinched it: Short gamma-ray bursts come from neutron star mergers.

By studying how the neutron stars spiraled inward, astrophysicists also got their first chance to test the “squishiness” of neutron-star material. Scientists don’t fully understand how that material responds when squeezed. Although the results couldn’t pin down whether the neutron stars were squishy, some theories had predicted they could be ultrasquishy. The new data rule that out.

Finally, the new union of neutron stars allowed researchers to gauge the rate at which the universe is expanding. They did it by measuring the distance of the collision using gravity waves. Then they compared this to how much the wavelength of light from the galaxy was stretched by that expansion.

Scientists had measured this property — known as the Hubble constant — before. But they used other means. And those measurements disagreed with each other. That puzzled scientists. Now, scientists have “a totally different, independent measurement,” says Daniel Holz. He’s a LIGO-collaboration member at the University of Chicago in Illinois. The new measurement indicates that distantly separated galaxies are spreading apart at about 70 kilometers (43.5 miles) per second for each megaparsec between them. (A megaparsec is a distance in space equal to 3.3 million light-years.) The new estimate falls squarely between the two previous estimates. And future neutron-star mergers could help improve the measurement.

“These are all just unbelievable, major advances,” Holz says. “It’s really been this insane thrill!”

The excitement has yet to die down. Take it from astronomer Ryan Foley of the University of California, Santa Cruz. His team was the first to spot visible light from the merger. And he says: “This is certainly the biggest discovery of my career and probably will be the biggest discovery of my entire life.”

Caption: Researchers announced October 16 that Advanced LIGO (the Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) and its sister experiment, Advanced Virgo, have detected gravitational waves from colliding neutron stars. It was a cosmic crash also observed by more than 70 observatories around the world. Helen Thompson/Science News/YouTube

Palabras de poder

astronomía El área de la ciencia que se ocupa de los objetos celestes, el espacio y el universo físico. People who work in this field are called astronomers.

astrophysics An area of astronomy that deals with understanding the physical nature of stars and other objects in space. People who work in this field are known as astrophysicists.

atomic Having to do with atoms, the smallest possible unit that makes up a chemical element.

calabozo Una región del espacio que tiene un campo gravitacional tan intenso que no puede escapar ninguna materia o radiación (incluida la luz).

cataclysm An enormous, violent, natural event. A meteor hitting Earth and wiping out most living species would qualify as a cataclysmic event.

constant Continuous or uninterrupted.

constellation Patterns formed by prominent stars that lie close to each other in the night sky. Modern astronomers divide the sky into 88 constellations, 12 of which (known as the zodiac) lie along the sun&rsquos path through the sky over the course of a year. Cancri, the original Greek name for the constellation Cancer, is one of those 12 zodiac constellations.

core Something &mdash usually round-shaped &mdash in the center of an object.

cosmic An adjective that refers to the cosmos &mdash the universe and everything within it.

debris Scattered fragments, typically of trash or of something that has been destroyed. Space debris, for instance, includes the wreckage of defunct satellites and spacecraft.

decay (for radioactive materials) The process whereby a radioactive isotope &mdash which means a physically unstable form of some element &mdash sheds energy and subatomic particles. In time, this shedding will transform the unstable element into a slightly different but stable element. For instance, uranium-238 (which is a radioactive, or unstable, isotope) decays to radium-222 (also a radioactive isotope), which decays to radon-222 (also radioactive), which decays to polonium-210 (also radioactive), which decays to lead-206 &mdash which is stable. No further decay occurs. The rates of decay from one isotope to another can range from timeframes of less than a second to billions of years.

electromagnetic An adjective referring to light radiation, to magnetism or to both.

electromagnetic radiation Energy that travels as a wave, including forms of light. Electromagnetic radiation is typically classified by its wavelength. The spectrum of electromagnetic radiation ranges from radio waves to gamma rays. It also includes microwaves and visible light.

element (in chemistry) Each of more than one hundred substances for which the smallest unit of each is a single atom. Examples include hydrogen, oxygen, carbon, lithium and uranium.

campo An area of study, as in: Her field of research was biology. Also a term to describe a real-world environment in which some research is conducted, such as at sea, in a forest, on a mountaintop or on a city street. It is the opposite of an artificial setting, such as a research laboratory.

galaxy A massive group of stars bound together by gravity. Galaxies, which each typically include between 10 million and 100 trillion stars, also include clouds of gas, dust and the remnants of exploded stars.

gamma rays High-energy radiation often generated by processes in and around exploding stars. Gamma rays are the most energetic form of light.

gauge A device to measure the size or volume of something. For instance, tide gauges track the ever-changing height of coastal water levels throughout the day. Or any system or event that can be used to estimate the size or magnitude of something else. (v. to gauge) The act of measuring or estimating the size of something.

heavy element (to astronomers) Any element other than hydrogen (or possibly helium).

Hubble Constant A measure of the rate at which our universe appears to be expanding.we

infer (n. inference) To conclude or make some deduction based on evidence, data, observations or similar situations.

infrared light A type of electromagnetic radiation invisible to the human eye. The name incorporates a Latin term and means &ldquobelow red.&rdquo Infrared light has wavelengths longer than those visible to humans. Other invisible wavelengths include X-rays, radio waves and microwaves. Infrared light tends to record the heat signature of an object or environment.

iron A metallic element that is common within minerals in Earth&rsquos crust and in its hot core. This metal also is found in cosmic dust and in many meteorites.

láser Un dispositivo que genera un intenso haz de luz coherente de un solo color. Los láseres se utilizan para taladrar y cortar, alinear y guiar, almacenar datos y en cirugía.

light-year The distance light travels in one year, about 9.46 trillion kilometers (almost 6 trillion miles). To get some idea of this length, imagine a rope long enough to wrap around the Earth. It would be a little over 40,000 kilometers (24,900 miles) long. Lay it out straight. Now lay another 236 million more that are the same length, end-to-end, right after the first. The total distance they now span would equal one light-year.

LIGO (short for Laser Interferometer Gravitational wave Observatory) A system of two detectors, separated at a great geographical distance, that are used to register the presence of passing gravitational waves.

masa Un número que muestra cuánto resiste un objeto a acelerar y desacelerar y mdash básicamente es una medida de la cantidad de materia de la que está hecho ese objeto.

metal Something that conducts electricity well, tends to be shiny (reflective) and malleable (meaning it can be reshaped with heat and not too much force or pressure).

NASA Short for the National Aeronautics and Space Administration. Created in 1958, this U.S. agency has become a leader in space research and in stimulating public interest in space exploration. It was through NASA that the United States sent people into orbit and ultimately to the moon. It also has sent research craft to study planets and other celestial objects in our solar system.

neutron A subatomic particle carrying no electric charge that is one of the basic pieces of matter. Neutrons belong to the family of particles known as hadrons.

neutron star The very dense corpse of what had once been a star with a mass four to eight times that of our sun. As the star died in a supernova explosion, its outer layers shot out into space. Its core then collapsed under its intense gravity, causing protons and electrons in its atoms to fuse into neutrons (hence the star&rsquos name). Astronomers believe neutron stars form when large stars undergo a supernova but aren&rsquot massive enough to form a black hole. A single teaspoonful of a neutron star, on Earth, would weigh a billion tons.

nuclear reaction Events that physically alter the nucleus of an atom. (This is in contrast to chemical reactions that affect the electrons orbiting an atom.) Some nuclear reactions will transmute an atom, change it into a different chemical element, such as through fission (also known as atom splitting). Others may involve the capture of energy by bombardment with electromagnetic radiation or subatomic particles. Nuclear reactions are not affected by temperature and pressure (as chemical reactions may be). Instead, they are driven primarily by the energy of the particle that hits them or by the intensity of the radiation prompting the reaction.

observatory (in astronomy) The building or structure (such as a satellite) that houses one or more telescopes.

platinum A naturally occurring silver-white metallic element that remains stable (does not corrode) in air. It is used in jewelry, electronics, chemical processing and some dental crowns.

pressure Force applied uniformly over a surface, measured as force per unit of area.

radiation (in physics) One of the three major ways that energy is transferred. (The other two are conduction and convection.) In radiation, electromagnetic waves carry energy from one place to another. Unlike conduction and convection, which need material to help transfer the energy, radiation can transfer energy across empty space.

radio To send and receive radio waves, or the device that receives these transmissions.

radioactive An adjective that describes unstable elements, such as certain forms (isotopes) of uranium and plutonium. Such elements are said to be unstable because their nucleus sheds energy that is carried away by photons and/or and often one or more subatomic particles. This emission of energy is by a process known as radioactive decay.

radioactive decay A process by which an element is converted into a lighter element through the shedding of subatomic particles (and energy).

radio waves Waves in a part of the electromagnetic spectrum. They are a type that people now use for long-distance communication. Longer than the waves of visible light, radio waves are used to transmit radio and television signals. They also are used in radar.

remnant Something that is leftover &mdash from another piece of something, from another time or even some features from an earlier species.

tiempo espacial Un término hecho esencial por la teoría de la relatividad de Einstein & rsquos, describe una designación para algún lugar dado en términos de sus coordenadas tridimensionales en el espacio, junto con una cuarta coordenada correspondiente al tiempo.

star El bloque de construcción básico del que se forman las galaxias. Las estrellas se desarrollan cuando la gravedad compacta nubes de gas. Cuando se vuelven lo suficientemente densas como para sostener reacciones de fusión nuclear, las estrellas emitirán luz y, a veces, otras formas de radiación electromagnética. El sol es nuestra estrella más cercana.

sun The star at the center of Earth&rsquos solar system. It&rsquos an average size star about 26,000 light-years from the center of the Milky Way galaxy. Also a term for any sunlike star.

supernova (plural: supernovae or supernovas) A massive star that suddenly increases greatly in brightness because of a catastrophic explosion that ejects most of its mass.

telescope Usually a light-collecting instrument that makes distant objects appear nearer through the use of lenses or a combination of curved mirrors and lenses. Some, however, collect radio emissions (energy from a different portion of the electromagnetic spectrum) through a network of antennas.

teórico An adjective for an analysis or assessment of something that based on pre-existing knowledge of how things behave. It is not based on experimental trials. Theoretical research tends to use math &mdash usually performed by computers &mdash to predict how or what will occur for some specified series of conditions. Experimental testing or observations of natural systems will then be needed to confirm what had been predicted.

trill A fluttering but fast song, usually oscillating between two or more notes.

universo El cosmos entero: todas las cosas que existen en el espacio y el tiempo. Se ha estado expandiendo desde su formación durante un evento conocido como Big Bang, hace unos 13,8 mil millones de años (más o menos unos cientos de millones de años).

uranium The heaviest naturally occurring element known. It&rsquos called element 92, which refers to the number of protons in its nucleus. Uranium atoms are radioactive, which means they decay into different atomic nuclei.

wave A disturbance or variation that travels through space and matter in a regular, oscillating fashion.

wavelength The distance between one peak and the next in a series of waves, or the distance between one trough and the next. Visible light &mdash which, like all electromagnetic radiation, travels in waves &mdash includes wavelengths between about 380 nanometers (violet) and about 740 nanometers (red). Radiation with wavelengths shorter than visible light includes gamma rays, X-rays and ultraviolet light. Longer-wavelength radiation includes infrared light, microwaves and radio waves.

X-ray A type of radiation analogous to gamma rays, but having somewhat lower energy.

Citations

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Journal: E. Troja et al. The X-ray counterpart to the gravitational-wave event GW170817. Naturaleza. Published online October 16, 2017. doi: 10.1038/nature24290.

About Emily Conover

Physics writer Emily Conover studied physics at the University of Chicago. She loves physics for its ability to reveal the secret rules about how stuff works, from tiny atoms to the vast cosmos.

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All the Gold in the Universe Could Come From the Collisions of Neutron Stars

On June 3, 3.9 billion light-years away, two incredibly dense neutron stars— bodies that are each about 1.5 times the mass of the sun but just the size of mere cities—collided. Scientists studying the event say it solves an enduring mystery about the formation of elements in our universe.

“It's a very fast, catastrophic, extremely energetic type of explosion,” says Edo Berger, an astronomer at the Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics. The massive collision released a powerful jet of gamma-rays across the universe. The flash, which lasted for only two-tenths of a second, was picked up by NASA’s Swift satellite and sent astronomers scrambling to collect data.

Over the next few days, telescopes in Chile and the Hubble Space Telescope turned their attention to that region of space. Today, Berger and colleagues announced at a press conference in Cambridge, Massachusetts, that their analysis reveals that neutron star collisions are responsible for the formation of virtually all the heavy elements in the universe—a list that includes gold, mercury, lead, platinum and more.

“This question of where elements like gold come from has been around for a long time,” Berger says. Though many scientists had long argued that supernova explosions were the source, he says his team—which includes Wen-fai Fong and Ryan Chornock of the Harvard astronomy department—have evidence that supernovas aren’t necessary. These neutron star collisions produce all elements heavier than iron, he says, “and they do it efficiently enough that they can account for all the gold that's been produced in the universe.”

Such collisions occur when both the stars in a binary system separately explode as supernovas, and then collapse into themselves, leaving behind a pair of tightly bound neutron stars. As they circle each other, the stars are gradually pulled together by gravitational forces, until they collide.

“They're extremely dense—essentially bullets flying at each other at about ten percent the speed of light,” Berger says. The resulting collision brings together so much mass in one location that it collapses on itself, triggering the formation of a black hole. A small amount of matter, though, gets thrown outward, and is eventually incorporated into the next generation of stars and planets elsewhere in the surrounding galaxy. Close observation of this latest neutron star collision has revealed the contents of this ejected matter.

As the black hole formed, Berger says, it released a gamma-ray burst coded as GRB (gamma-ray burst) 130603B. Within minutes, instruments in Chile searched for further evidence of the collision and found a brief “afterglow” of visible light, generated by the particles thrown off from the explosion that slam into the surrounding environment. This provided astronomers with the exact location and distance of the event, and the fact that the collision occurred relatively close by—at least in astronomical terms—raised hopes that there’d be the chance to collect new sorts of data that were previously unavailable.  

On June 12, the Hubble telescope, trained on this location, detected a distinct emission of infrared light, a signal separate from the first explosion. The infrared signature, Berger says, resulted from the radioactive decay of exotic heavy elements (such as uranium and plutonium) formed during the collision and ejected outward. Because of the way that heavy elements form, gold must have formed too. “The total amount of these heavy elements produced was about one percent the mass of the sun,” he notes. “Gold, in that distribution, is about 10 parts per million—so that comes out to about ten times the mass of the moon in gold alone.”

Because the team knows how often these collisions occur, and can now infer roughly how much material is generated with each event, they can compare the total amount of heavy elements produced by neutron star collisions with the known amount in the universe. The team’s conclusion, which was also published today in Las cartas del diario astrofísico, is that these events are a sufficient explanation for all of our heavy elements, including gold. After it’s created in these sorts of collisions and ejected outward, the heavy elements are eventually incorporated into the formation of future stars and planets. Which means that all the gold on Earth, even the gold in your wedding ring, probably comes from the collision of two distant stars.

The new finding also solves a related question: Whether this particular sort of gamma-ray emission—called a “short duration” burst—can be definitively linked with the collisions of two neutron stars. “We’d collected quite a lot of circumstantial evidence suggesting that they come from the collision of two neutron stars, but we’d really lacked a clear ‘smoking gun’ signature,” Berger says. “This event provides, for the first time, that ‘smoking gun.’”

Over the next few years, the Harvard-Smithsonian team and others will continue searching for neutron star collisions so further data can be collected and analyzed. Already, though, having such a rare event (in the Milky Way, they happen once roughly every 100,000 years) occur at a distance close enough for these sorts of observations is quite fortuitous. “I've spent the last decade of my life trying to address the question of gamma-ray bursts, painstakingly collecting evidence and waiting for that one big event,” Berger says. “It’s so satisfying to finally get that evidence that can tell us what’s going on in a more definitive way.”

About Joseph Stromberg

Joseph Stromberg was previously a digital reporter for Smithsonian.


Rare star explosion birthed gold, researchers say

Thought the fancy elements came from a collision of neutron stars? That's so 2017.

Artist's impression of a collapsar showering the universe with shiny things.

It's been thought that valuable heavy elements like gold and platinum were created by massive cosmic collisions involving neutron stars or black holes . But a new finding suggests the gold on your ring finger or in your electronics might have really come from a rare supernova explosion that also gives birth to a black hole in the process.

The epic blast is called a "collapsar" and occurs when a very old and massive star collapses in on itself and implodes, leaving behind a brand-new black hole.

Physicist Daniel Siegel from the University of Guelph in Toronto worked with colleagues from Columbia University to model how collapsars eject heavy elements into the universe.

"Eighty percent of these heavy elements we see should come from collapsars," Siegel said in a release. "Collapsars are fairly rare in occurrences of supernovae, even more rare than neutron star mergers -- but the amount of material that they eject into space is much higher than that from neutron star mergers."

A paper explaining the result was published Thursday in the journal Nature.

Next the team would like to see its theoretical model backed by observations in the actual universe, perhaps by the upcoming James Webb Space Telescope , which should be able to detect signs of collapsar-forged heavy elements in a far-off galaxy.


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While it is quite clear that the heavy elements are produced by neutron capture, this process can also happen more slowly in stars that have passed the red-giant stage and evolve onto the so-called asymptotic giant branch during which they can produced slow pulses of neutrons. This process happens over millions of years and produces about half of the heavy elements, including gold. It is still believed that supernova trigger star formation so that any s-process gold in the interstellar medium would be melded into Earth’s veins along with r-process gold. Interested in the r-process? Read this article that involves NASA’s Swift telescope. The r-process is also discussed as one of the "top eleven questions of physics" in Discover Magazine.

Supernova only happen for heavy stars about ten times heavier than the sun. Heavier stars, like larger bonfires, burn more quickly. In lighter, more typical stars (like our sun, which is a so-called main sequence star) fusion of the light element takes billions of years but there is not enough material to synthesize elements beyond carbon and oxygen. Such stars end their lives as white dwarfs. The process of nucleosynthesis is described in the classic text book Cauldrons in the Cosmos, by C.E. Rolfs and W.S. Rodney (University of Chicago Press). Additionally, an excellent book introducing the relevant concepts for nucleosynthesis both generally and for gold in particular, is The Elements: A very short introduction, by Philip Ball (Oxford University Press).

Wikipedia has good entries for the s-process and the r-process. The landmark paper describing the various processes of stellar nucleosynthesis is referred to as B2FH (after the authors): E. M. Burbidge G. R. Burbidge W. A. Fowler & F. Hoyle (1957), "Synthesis of the Elements in Stars" Reviews of Modern Physics 29 (4): 547.

It is important to remember that we still have no direct proof that the rapid neutron-capture process happens in supernova. In fact, the site of the r process is one of the "top eleven questions of physics" (see question 3: http://discovermagazine.com/2002/feb/cover)

It is important to remember that we still have no direct proof that the rapid neutron-capture process happens in supernova. The Hubble space telescope brought tantalizing evidence for a so-called kilonova (brighter than a nova but fainter than a supernova) that would signal the creation of heavy elements from neutron-star mergers. After watching that video, check out the Kilonova Fireball and the Hubble version of this kilonova.

The deposition of gold on Earth is also debated in the scientific literature. As with iron, the heavy metals may have sank into the Earth’s core. A plausible explanation for the presence of gold in the mantle would be a prolonged bombardment of metal-rich meteorites. This hypothesis is strengthened after measurements with old rocks, and is discussed in Where does all the gold come from? Another excellent source on gold, how it is mined, and the world’s reserves can be found at this site.

Interested in studying the different elements? Visit the Photographic Periodic Table of the Elements. Compare the different elemental abundances here. Want to watch videos instead? A superb collection of videos (selectable from a periodic table) from the University of Nottingham provides a different view of each element!


Ver el vídeo: Έρχεται ΚΑΤΙ ΤΡΟΜΕΡΟ και οι Άγγελοι της Αποκάλυψης έχουν εντολή να φύγουν από τις 4 γωνιές της Γης!! (Agosto 2022).