A la cerca de l’or còsmic

Joan Marc Miralles

Joan-Marc Miralles

Doctor en Astrofísica per la Universitat Paul Sabatier de Toulouse

Comentaris

Aquests darrers dies i setmanes, arran de la incertesa en els mercats financers, els metalls preciosos no paren de pujar de valor. La raresa d’aquests metalls a la Terra i la dificultat per obtenir-los els ha convertit, històricament, un valor refugi i també en altres èpoques, en el principal recurs en el qual s’ha basat la riquesa d’un país. Però el fet que siguin rars no és una casualitat, en realitat és una conseqüència directa de com el Cosmos ha anat produint els diversos elements químics que el componen des de l’època del seu inici.

Des de fa poc més de 80 anys, sabem que l’element més abundant de l’Univers, l’Hidrogen, es va crear en el moment del Big Bang fa uns 13.800 milions d’anys. En aquell moment també es va crear una part de l’Heli, però la resta d’elements químics naturals presents a la taula periòdica, i que constitueixen el nostre Univers, s’han anat creant per diversos processos de reaccions nuclears a partir d’aleshores i s’han anat escampant per l’univers a mesura que ha anat passant el temps. No tots els elements químics es creen igual, ja que alguns són més senzills de crear i existeix abundància de lloc es poden donar les condicions necessàries per a aquests processos i d’altres necessiten condicions més especials i doncs són més difícils de crear i al final n’hi ha menys.

Abundancia dels diversos elements en la crosta superior de la Terra, l'or (Au) es troba amb els altres metalls preciosos (en violeta) entre els més rars.
Abundancia dels diversos elements en la crosta superior de la Terra, l'or (Au) es troba amb els altres metalls preciosos (en violeta) entre els més rars.

Va ser a partir dels anys 50 del segle passat que es van posar les bases de la teoria de la nucleosíntesi que explica l’abundància relativa dels elements i el seu origen. Els treballs de Fred Hoyle i de Margaret Burbridge van ser essencials en determinar quins eren aquests processos i on es produeixen encara avui en dia. Gràcies als avenços en física nuclear, que es van accelerar enormement amb l’impuls del projecte Manhattan, van identificar els estels com els llocs on es produeixen la majoria d’aquests processos i principalment els de fusió nuclear que es coneixen com a crema d'hidrogen, crema d'heli, carboni, neó, oxigen i silici, i que són capaços de crear elements que van fins al ferro i al níquel. Els elements més pesants es poden reunir dins de les estrelles mitjançant un procés de captura de neutrons conegut com a procés s o en entorns explosius, mitjançant una sèrie d'altres processos que inclouen el procés r, amb captures ràpides de neutrons, el procés rp i el procés p, que resulta en la fotodesintegració dels nuclis existents.

Aquests processos són molt més rars i limita molt la quantitat d’elements pesants, com l’or i la resta de metalls preciosos que es poden crear. Si es fa un càlcul estimat de la quantitat que s’hagi pogut crear, vist el nombre de llocs on les condicions es donen i l’eficàcia dels processos, els nombres no sumen prou per a produir tot el que s’observa a la Terra i en el seu entorn. Aquest problema d’abundàncies dels elements pesants representa un dels enigmes més persistents de la física i de l’astrofísica actual. El que sembla evident avui en dia és que els processos per crear elements similars a l’or s’han de produir en entorns que fins ara no hem identificat.

La supernova SN1987A vista pel telescopi James Webb. Aquesta supernova va produir molt dels elements químics més lleugers però pocs elements pesats com l'or - Crèdit: NASA, ESA i CSA
La supernova SN1987A vista pel telescopi James Webb. Aquesta supernova va produir molt dels elements químics més lleugers però pocs elements pesats com l'or - Crèdit: NASA, ESA i CSA

Estudis recents indiquen que un dels indrets on es podria mirar és on es produeixen algunes de les explosions més poderoses que s’observen en tot l’univers i que ens arriben sota forma de flaixos de raigs-gamma anomenats Gamma-Ray Burst. Si durant molts anys en desconeixíem el seu origen, avui en dia sabem que estan associats a esdeveniments extremadament energètics com les fusions d’estels de neutrons, o d’un estel de neutrons amb un forat negre i explosions de tipus kilonova. Les observacions més recents d’aquests entorns han demostrat que una bona part del romanent dels estels que han mort queda al seu voltant, creant una espècie de closca. Quan un Gamma-Ray Burst es produeix, deixa anar un jet de fotons molt energètic que xoca contra aquesta carcassa exterior de l'estrella moribunda, creant una zona molt calenta on els investigadors suggereixen que els fotons d'alta energia poden interactuar de manera violenta amb els nuclis atòmics. Aleshores els fotons poden arribar a transmutar protons en neutrons en menys d'un nanosegon com si fossin alquimistes còsmics. Els fotons energètics també poden trencar nuclis atòmics, creant neutrons lliures i tots aquests neutrons poden ajudar a forjar els elements pesants, en uns processos que han de ser molt ràpids, ja que els neutrons lliures només sobreviuen durant 15 minuts abans de desintegrar-se. Cal doncs que es donin jets prou energètics i carcasses de material prou denses perquè s’arribin a produir les reaccions volgudes.

Una visió artistica d'un Gamma-Ray Burst amb el jet de fotons gamma passant a través de la carcassa de material romanent dels estels morts on s'hauria de forjar or i altres elements pesats- Crèdit: ESO/A. Roquette
Una visió artistica d'un Gamma-Ray Burst amb el jet de fotons gamma passant a través de la carcassa de material romanent dels estels morts on s'hauria de forjar or i altres elements pesats- Crèdit: ESO/A. Roquette

S’espera que futures observacions proporcionin proves clares que recolzin aquestes teories, buscant per exemple la signatura dels àtoms d’or en els entorns pròxims de Gamma-Ray Bursts. Per anar més enllà, caldrà posar en comú les observacions de telescopis que poden detectar llum visible, neutrinos i ones gravitacionals per a poder observar en la seva totalitat la forma en què una estrella que col·lapsa pot generar un esclat de raigs gamma o una kilonova i a partir d’aquí actuar com un veritable laboratori de producció d’elements pesants. Tota aquesta informació recollida per diversos instruments ens proporcionaria la prova definitiva de la realitat o no del mecanisme físic proposat. Així doncs, tot i que ja sembla que sabem on anar a buscar per resoldre definitivament el misteri d’on prové l’or i la resta de metalls preciosos, que van tan cars i són tan buscats, caldrà esperar uns quants anys encara.

Etiquetes

Comentaris

Trending