Logran la primera prueba experimental de cómo brillan las estrellas masivas

Madrid, España.

Las estrellas, en su núcleo, realizan las reacciones que transforman hidrógeno en helio, liberando así la energía que hace que brillen y que, en el caso del Sol, posibilita la vida en la Tierra. Ahora, un equipo de científicos ha logrado la primera prueba experimental de cómo brillan las estrellas masivas.

El hidrógeno es el elemento químico más abundante en el Universo y tanto el Sol como el resto de estrellas nacen cuando comienzan a fusionar hidrógeno para producir helio, que se va concentrando en el centro de las estrellas. Este proceso, que el Sol lleva haciendo 4.500 millones de años, se repite durante buena parte de sus vidas.

Para llevarlo a cabo, en las estrellas se dan dos reacciones nucleares de fusión distintas; una llamada la cadena de protón-protón (pp), que transforma directamente isótopos de hidrógeno en otros de helio; y otra denominada el ciclo CNO, en el que la fusión se cataliza por el carbono, el nitrógeno y el oxígeno.

La primera domina la producción de energía en estrellas de tamaño similar al Sol, produciendo alrededor del 99 %, y ha sido estudiada extensamente. La segunda, el ciclo CNO (carbono, nitrógeno y oxígeno), se cree que tiene un mayor peso en la producción de energía en las estrellas más masivas, a partir de 1.3 veces la masa del Sol.

Sin embargo, el estudio del ciclo CNO ha sido un desafío para la Física, debido a que los neutrinos generados en abundancia en este proceso de fusión son muy difíciles de detectar. Y es que estas partículas solares solo pueden observarse con detectores de alta sensibilidad, que pueden excluir la mayoría del ruido de fondo.

En este trabajo se presenta la primera detección de neutrinos producidos en el Sol por el ciclo CNO o lo que es lo mismo, la primera evidencia experimental directa conocida de este mecanismo.

Detalles de la investigación

Los responsables de este descubrimiento son un grupo de investigadores, entre ellos el español David Bravo, reunidos en el proyecto Borexino, un experimento de los Laboratorios Nacionales Gran Sasso del Instituto Nacional de Física Nuclear de Italia (INFN).

Los resultados fueron presentados en junio en el Congreso Neutrino 2020 de Chicago y este miércoles se publican en Nature.

Según sus responsables, de trata de «un hallazgo experimental de valor histórico», que completa un capítulo de la Física que comenzó en la década de 1930, cuando Hans Bethe y Carl Friedrich von Weizsacker propusieron de forma independiente que la fusión de hidrógeno en las estrellas también podría ser catalizada por los núcleos pesados de CNO.

Sus implicaciones para la comprensión de los mecanismos estelares «son enormes», aseguran sus responsables en una nota del INFN; dado que el ciclo CNO es predominante en las estrellas más masivas que el Sol, con esta observación Borexino ha alcanzado la evidencia experimental de lo que es de hecho el canal dominante en el Universo para la fusión de hidrógeno.

Borexino ya había estudiado en detalle el principal mecanismo de producción de energía del Sol, la cadena protón-protón, a través de la detección de los flujos de neutrinos principales provenientes de esta cadena de reacciones. Con la medición de estas partículas en el ciclo CNO, se proporciona la primera evidencia experimental de la existencia de este mecanismo adicional de generación de energía en el Universo.

«Ahora tenemos finalmente la primera confirmación innovadora y experimental de cómo brillan las estrellas más masivas que el Sol»; resume Gianpaolo Bellini, del INFN y de la Universidad de Milán.

Se trata, agrega el científico, de la culminación de un esfuerzo de 30 años y de más de 10 años de descubrimientos de Borexino en la física del Sol, los neutrinos y finalmente las estrellas».

«Borexino ha conseguido ver todos los mecanismos principales a través de las cuales se teorizó que el Sol fusiona dos protones para dar lugar a helio y, por tanto, a energía», resume David Bravo; quien recuerda que gracias al estudio del Sol podemos saber lo que pasa en otras estrellas, pero también sobre la formación de planetas o sobre los elementos que dan lugar a la vida (oxígeno, carbono).

Además, agrega, una de las grandes preguntas que aún queda en suspenso, pero cuya respuesta se acerca gracias a resultados como estos, es la metalicidad del Sol, es decir, qué elementos más pesados que el helio, como el carbono, nitrógeno y oxígeno, contiene.

«Más o menos este dato se conoce a través de observaciones diferentes, pero no con precisión, lo que tendría implicaciones muy amplias sobre cómo entendemos muchos mecanismos estelares. Los neutrinos son los únicos que pueden dirimir esta cuestión y por eso esta detección es un penúltimo paso crucial», concluye Bravo.

Por: EFE