En 2017, los detectores LIGO y Virgo captaron ondas gravitacionales de la fusión de dos estrellas de neutrones. Estalló una kilonova: una brillante explosión cósmica en la que, según se creía, nacen los elementos más pesados de la tabla periódica. El oro en las joyas, el platino en los catalizadores, el europio en las pantallas de los teléfonos inteligentes: todo esto, según la hermosa leyenda, nos llegó de tales catástrofes. Pero cuando los astrónomos recalculan las reservas, la leyenda se resquebrajó.
Imagina una fragua donde los elementos pesados se forjan en el crisol de las catástrofes estelares. Los martillos son las fusiones de estrellas de neutrones. Pero los martillos golpean demasiado raramente y demasiado tarde para forjar tanto metal como vemos en el disco de la Vía Láctea. Entonces los astrofísicos decidieron probar otros martillos más exóticos: las fusiones rápidas, que ocurren casi inmediatamente después del nacimiento de las estrellas, y las fusiones de estrellas de neutrones con agujeros negros.
Los científicos construyeron un modelo bayesiano unificado de evolución química de la galaxia que tiene en cuenta las incertidumbres en las tasas de fusión, la distribución de retrasos, las masas de eyección y los datos observacionales. En el modelo se incluyeron tres escenarios: fusiones rápidas visibles para los detectores de ondas gravitacionales; fusiones rápidas que los detectores pasan por alto; y fusiones de estrellas de neutrones con agujeros negros como canal adicional. Para cada escenario se calculó la probabilidad de reproducir la relación observada [Eu/Fe] frente a [Fe/H] para las estrellas del disco.
El resultado fue severo. Si las fusiones rápidas son visibles para los detectores, deben constituir más del 98% de todas las fusiones de estrellas de neutrones: casi todos los martillos en la fragua. Si son invisibles, su tasa debe ser 17 veces mayor que la de las fusiones retardadas. Y las fusiones de estrellas de neutrones con agujeros negros, incluso con suposiciones optimistas, contribuyen menos del 10%. En otras palabras, más del 90% del enriquecimiento del proceso r debe provenir de un canal desconocido que sigue la tasa de formación estelar.
¿Dónde están los martillos que faltan? Posiblemente sean supernovas magnetorrotacionales: raras explosiones de estrellas masivas con fuertes campos magnéticos, o colapsares. Estos eventos exóticos ocurren rápidamente, siguiendo el nacimiento de las estrellas, y pueden forjar elementos pesados al ritmo necesario. Futuras observaciones de las estrellas más pobres en metales y modelos mejorados de supernovas ayudarán a reducir el círculo de candidatos. Por ahora, el misterio permanece: en la fragua del universo faltan martillos, y apenas comenzamos a buscar dónde están escondidos.
El europio, que se usa en fósforos y pantallas de teléfonos inteligentes, se produce mediante el proceso-r. Si su única fuente fueran las fusiones de estrellas de neutrones, nuestra galaxia sería mucho más pobre en este elemento de lo que muestran las observaciones.
En la novela de Carl Sagan 'Contacto', la protagonista escucha una señal codificada en el número π. Aquí, el propio universo nos deja un mensaje en la composición química de las estrellas, y descifrar ese mensaje requiere descartar unas fuentes para encontrar otras.