¿Con qué rapidez se forma el carbono en el Universo? Una nueva medida pone en jaque a las teorías de formación de elementos químicos

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Un grupo de investigadores de la Universidad Nacional Australiana, la Universidad de Oslo y la Universidad de Milán, entre otros, ha reproducido en el laboratorio el principal mecanismo utilizado por las estrellas para formar carbono. La medida ha arrojado un resultado sorprendente: la producción de este elemento es aproximadamente un 34% mayor de lo que se creía.

El carbono es, quizá, la base de la vida en nuestro planeta. Sin su compleja estructura química y su capacidad para formar interminables moléculas, esta no podría haberse desarrollado nunca.

El valioso elemento químico se produce en el interior de las estrellas en un proceso conocido como triple alfa. En él, tres núcleos de helio (partículas alfa) se fusionan fugazmente para crear un núcleo de carbono. Esta reacción es tan poco probable que el carbono no llegaría a formarse nunca de no existir el estado de Hoyle, un nivel nuclear con la energía adecuada para abrir un camino hacia el carbono estable gracias a la emisión de radiación electromagnética. Una vez formado, el carbono participa en otras reacciones de fusión, dando lugar a elementos más pesados como el oxígeno o el nitrógeno.

La formación de carbono en el Universo fue un misterio durante muchos años. Hasta que en 1953 Sir Fred Hoyle predijo la existencia de este estado, e incluso su energía, a partir del principio antrópico. Y es que, si nosotros existimos, es gracias a que el carbono cuenta con el estado nuclear más oportuno de toda la materia.

“Es un resultado increíble, con grandes implicaciones en astrofísica”, comenta el Prof. Tibor Kibedi, líder del trabajo experimental que se ha publicado en Physical Review Letters.

El carbono y los otros elementos que se forman en las estrellas acaban convirtiéndose en polvo y gas. Con estos materiales se forman luego los planetas.

“Es uno de los grandes milagros de la vida”, dice Kibedi. “Ten en cuenta que, si el estado de Hoyle no existiera, ¡nosotros tampoco!”

Incluso con la gran ayuda que supone el estado de Hoyle, la formación de carbono es muy rara. Hasta ahora, se creía que solo uno de cada 2500 núcleos producidos en el proceso triple alfa decaía a carbono estable. El resto volvía a desintegrarse en tres partículas alfa. Pero el equipo liderado por Kibedi ha medido la tasa de producción del carbono por primera vez en 40 años, y ha encontrado discrepancias.

“Se trata de un hallazgo inesperado. Nadie había realizado esta medida desde el año 1976. La comunidad científica asumía que las medidas anteriores eran correctas”, dice Kibedi.

Y sin embargo, el nuevo experimento ha medido una tasa de producción un tercio mayor. Una cantidad enorme para una magnitud astrofísica tan crucial, que podría tener un gran impacto en muchos otros fenómenos astrofísicos. Por ejemplo, las estrellas consumirían su combustible mucho más rápido y los ciclos de formación de elementos químicos más pesados cambiarían. Las estrellas morirían mucho antes y habría que revisar los modelos de explosiones de supernovas, incluso si estas terminan como enanas blancas o agujeros negros, etc.

“Es importante que se hagan nuevas medidas para confirmar nuestro hallazgo”, afirma Kibedi. Con tantos fenómenos astrofísicos en juego, la comunidad científica no debería tardar en confirmarlo.

 

Si quieres saber más...

T. Kibedi et al., Radiative width of the Hoyle state from gamma-ray spectroscopy. Physical Review Letters, 125, 182701 (2020). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.125.182701

https://sciencebulletin.org/carbon-creation-finding-set-to-rock-astrophysics/