Kyoto, Japón – La pregunta de “¿por qué estamos aquí?” es la más fundamental y persistente de la humanidad. Investigar los orígenes de los elementos es un intento directo de responderla en su nivel más profundo. Sabemos que muchos elementos se crean dentro de las estrellas y supernovas, que luego los expulsan al universo, pero el origen de algunos elementos clave ha permanecido como un misterio.
El cloro y el potasio, ambos elementos con número atómico impar (poseen un número impar de protones), son esenciales para la vida y la formación de planetas. Según los modelos teóricos actuales, las estrellas producen solo alrededor de una décima parte de la cantidad de estos elementos que se observa en el universo, una discrepancia que ha desconcertado durante mucho tiempo a los astrofísicos.
Esto inspiró a un grupo de investigadores de la Universidad de Kioto y la Universidad de Meiji a examinar los restos de supernovas en busca de rastros de estos elementos. Utilizando XRISM (X-Ray Imaging and Spectroscopy Mission), un satélite de rayos X lanzado por JAXA en 2023, el equipo pudo realizar observaciones espectroscópicas de rayos X de alta resolución del remanente de supernova Cassiopeia A dentro de la Vía Láctea.
Los científicos utilizaron el microcalorímetro Resolve a bordo de XRISM, que proporciona una resolución de energía diez veces mejor que los detectores de rayos X anteriores, lo que les permitió detectar débiles líneas de emisión de elementos raros. Luego analizaron el espectro de rayos X de Cassiopeia A y compararon las abundancias de cloro y potasio con varios modelos de nucleosíntesis de supernovas.
El equipo descubrió claras líneas de emisión de rayos X de ambos elementos en abundancias mucho mayores de lo predicho por los modelos estándar de supernovas. Esto proporcionó la primera evidencia observacional de que una supernova puede crear suficiente cloro y potasio. El equipo sugiere que una fuerte mezcla dentro de las estrellas masivas causada por una rápida rotación, la interacción binaria o eventos de fusión de capas, puede mejorar significativamente la producción de estos elementos.
“Cuando vimos los datos de Resolve por primera vez, detectamos elementos que nunca esperé ver antes del lanzamiento. Hacer un descubrimiento así con un satélite que desarrollamos es una verdadera alegría como investigador”, afirma Toshiki Sato, autor principal del estudio.
Estos resultados revelan que los elementos vitales para la vida se produjeron en entornos intensos y hostiles en el interior de las estrellas, muy lejos de las condiciones necesarias para el surgimiento de la vida. El estudio también demuestra el poder de la espectroscopía de rayos X de alta precisión para investigar los orígenes de los elementos y los procesos físicos que tienen lugar en el interior de las estrellas.
“Me complace que hayamos podido, aunque sea ligeramente, comenzar a comprender lo que está sucediendo dentro de las estrellas que explotan”, dice Hiroyuki Uchida, otro autor principal.
El equipo planea ahora observar otros restos de supernovas con XRISM para determinar si la producción mejorada de cloro y potasio es común entre las estrellas masivas o es exclusiva de Cassiopeia A. Esto ayudará a revelar si estos procesos de mezcla interna son una característica universal de la evolución estelar.
“Cómo surgió la Tierra y la vida es una pregunta eterna que todos se han planteado al menos una vez. Nuestro estudio revela solo una pequeña parte de esa vasta historia, pero me siento verdaderamente honrado de haber contribuido a ella”, afirma Kai Matsunaga, también autor principal.
