La Tierra sigue recibiendo diminutas partículas de polvo radiactivo provenientes de una explosión cósmica ocurrida hace más de 100 millones de años, según revela un estudio internacional publicado en Nature Astronomy.
El hallazgo de átomos de plutonio-244 en el fondo del océano Pacífico sugiere que nuestro planeta atraviesa actualmente los restos de un antiguo cataclismo estelar, posiblemente una colisión de estrellas de neutrones o una supernova extremadamente energética.
Este descubrimiento, liderado por el físico Dominik Koll y su equipo del Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf en Alemania, abre nuevas preguntas sobre el origen y la dispersión de los elementos pesados en el sistema solar y en la Tierra.
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Durante su estudio, los científicos analizaron una costra de ferromanganeso extraída a casi 5.000 metros de profundidad en el océano Pacífico. Esta costra, que acumula materiales a razón de milímetros por millón de años, funciona como un registro natural del polvo interestelar que llega a nuestro planeta.
Los investigadores identificaron pequeñas cantidades de plutonio-244, un isótopo radiactivo que solo puede originarse en eventos cósmicos extremos capaces de inundar los núcleos atómicos con neutrones. Junto al plutonio, buscaron rastros de curio-247 y hierro-60, otros isótopos radiactivos con historias astrofísicas propias.
El equipo comprobó que el plutonio-244 hallado no pudo haberse formado en la Tierra, ya que su vida media es de 81 millones de años y cualquier rastro primordial incorporado durante la formación del planeta ya se habría desintegrado. Por lo tanto, los átomos detectados deben proceder de explosiones cósmicas relativamente recientes en la escala astronómica.
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“Nuestros resultados sugieren que el plutonio se originó a partir de explosiones cósmicas muy raras, como las que ocurrirían durante la fusión de dos estrellas de neutrones o en supernovas extremadamente energéticas”, afirmó el físico Anton Wallner, del Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf. “Desde entonces, se ha dispersado por todo el medio interestelar”.
La presencia de hierro-60, un isótopo que se produce en supernovas convencionales y cuya vida media es de 2,6 millones de años, permitió comparar eventos más recientes con la llegada de plutonio-244. Mientras el hierro-60 señala supernovas ocurridas en los últimos millones de años, el plutonio-244 parece proceder de una explosión mucho más antigua, ya que no se detectó el curio-247 que debería haberse formado junto con él.
Esto sugiere que el evento responsable del plutonio-244 ocurrió hace más de 100 millones de años, y que la Tierra sigue atravesando los restos de ese cataclismo.
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“La ausencia del radioisótopo de curio curio-247, que también se produjo en la explosión, nos indica que ocurrió hace mucho tiempo. Pero no hace más de mil millones de años; de lo contrario, el plutonio-244 también sería indetectable”, explicó el físico Michael Hotchkis, de la Organización Australiana de Ciencia y Tecnología Nuclear.
Cómo se formaron los metales pesado en el Universo
El descubrimiento no solo arroja luz sobre la historia de nuestro planeta, sino que también se inserta en una de las grandes preguntas de la astrofísica: ¿dónde y cómo se forman los elementos más pesados que el hierro en el universo?
Los investigadores afirman que “el proceso de captura rápida de neutrones (proceso r) es uno de los dos mecanismos principales responsables de la producción de elementos pesados más allá del hierro en el Universo”.
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Este proceso de nucleosíntesis implica la captura sucesiva de neutrones por núcleos semilla a altas tasas, en entornos con abundantes neutrones libres, y lleva la ruta de formación de elementos hacia regiones muy alejadas de la estabilidad nuclear.
El proceso r es esencial para la existencia de actínidos como el torio, el uranio y el propio plutonio-244 de origen natural descubierto recientemente en la Tierra. Los remanentes actuales de este proceso en el planeta son los actínidos primordiales Th y U, y el plutonio hallado en el fondo del océano. Sin embargo, los sitios astrofísicos donde ocurre el proceso r siguen siendo objeto de debate.
Las investigaciones actuales sugieren que puede producirse en chorros magnetohidrodinámicos de supernovas, colapsares, magnetares y fusiones de estrellas de neutrones. Estas últimas ganaron relevancia tras la detección, en 2017, de la kilonova asociada al evento de ondas gravitacionales GW170817, que dio evidencia directa de nucleosíntesis del proceso r en el universo.
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“Las fusiones de estrellas de neutrones, en particular, ganaron notable atención después de la detección en 2017 de la kilonova asociada con el evento de ondas gravitacionales GW170817, que proporcionó evidencia espectroscópica de la nucleosíntesis del proceso r. Sin embargo, las fusiones de estrellas de neutrones por sí solas podrían no ser suficientes para explicar las abundancias observadas de elementos del proceso r en el Universo”, explicaron los autores.
El estudio también menciona el proceso intermedio de captura de neutrones (proceso i), que podría contribuir a la formación de actínidos, aunque parece requerir condiciones muy específicas, como baja metalicidad en estrellas de la rama gigante asintótica.
La diversidad de escenarios posibles y la rareza de los eventos capaces de producir elementos como el plutonio-244 explican por qué estos átomos son tan escasos y valiosos para la comprensión de la evolución química galáctica.
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El análisis de la costra de ferromanganeso, el hierro-60 y el plutonio-244 en las capas oceánicas permite reconstruir la cronología de explosiones cercanas y el paso del sistema solar por regiones ricas en polvo interestelar. La ausencia de curio-247 junto al plutonio-244 respalda la hipótesis de que la explosión ocurrió hace mucho tiempo, pero no más de mil millones de años, lo que coincide con la vida media de estos isótopos.
En última instancia, el hallazgo de polvo estelar radiactivo en la Tierra ofrece a los científicos una ventana para comprender la historia de la Vía Láctea y el viaje del sistema solar a través del cosmos. También puede ayudar a esclarecer el origen de los metales pesados presentes en la Tierra y su papel en la evolución del planeta.
“¿Afectó este evento a la vida en la Tierra?”, se preguntan los investigadores. La respuesta, por ahora, queda abierta para futuros estudios, pero la confirmación de que seguimos recibiendo las huellas de un antiguo cataclismo revela que la historia cósmica aún deja su marca sobre nuestro propio mundo.
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