Un equipo de investigadores internacionales, incluidos astrofísicos del Centro de Investigación HUN-REN de Astronomía y Ciencias de la Tierra y de la Universidad de Szeged, ha determinado la cronología de la formación del Sol. Sus hallazgos indican que el Sol se formó relativamente rápido, en un período de 10 a 20 millones de años, a partir del material gaseoso de su lugar de origen y no nació en aislamiento, sino dentro de una familia estelar más grande.
Durante su investigación, los científicos midieron primero la descomposición de iones de talio completamente ionizados utilizando un acelerador de partículas especializado en el laboratorio GSI/FAIR en Alemania. Basándose en los resultados experimentales, calcularon la cantidad de plomo radiactivo (205Pb) producido en los interiores de las estrellas. Los investigadores establecieron un marco temporal para la formación del Sol a partir de su material gaseoso parental, que se sitúa entre 10 y 20 millones de años, como se informa en un reciente comunicado de prensa del HUN-REN CSFK.
Para estudiar la cronología de la formación del Sol, los astrónomos utilizan la descomposición de núcleos radiactivos de larga vida, que se crearon en otras estrellas antes del nacimiento del Sol. Aunque estos núcleos radiactivos se han descompuesto durante los 4.6 mil millones de años desde la formación del Sol, sus productos de descomposición aún se pueden detectar en meteoritos.
El plomo radiactivo (205Pb) sirve como un sujeto ideal, siendo el único núcleo radiactivo que puede formarse exclusivamente en estrellas de masa media, que son aproximadamente de dos a cuatro veces la masa del Sol, a través de captura de neutrones.
En la Tierra, el plomo radiactivo (205Pb) se descompone en talio (205Tl) al capturar un electrón atómico, convirtiendo uno de sus protones en un neutrón. En las estrellas, donde las temperaturas pueden alcanzar cientos de millones de grados Celsius y todos los electrones son arrancados de los átomos, el proceso inverso puede ocurrir: 205Tl se descompone en 205Pb. Este modo de descomposición es excepcionalmente raro.
Debido al comportamiento complejo de estos dos núcleos, estimar la cantidad de plomo radiactivo producido en las estrellas solo es factible si los investigadores comprenden cómo cambian las tasas de descomposición de los dos núcleos con la temperatura dentro del interior de la estrella. Medir estas descomposiciones en condiciones de laboratorio normales es problemático, ya que el talio es estable en la Tierra.
Para superar este desafío, un grupo de investigadores de 37 instituciones en 12 países midió la descomposición de iones de talio completamente ionizados utilizando el acelerador de partículas especializado en GSI/FAIR en Alemania. Esto requirió despojar al talio de todos sus electrones y mantenerlo en este estado especial durante varias horas.
Los astrofísicos, incluidos los del HUN-REN CSFK y la Universidad de Szeged, luego estimaron la cantidad de plomo radiactivo expulsado de estrellas de masa media al calcular nuevos modelos estelares.
“Las tasas de descomposición refinadas nos permiten estimar con gran certeza cuánto plomo radiactivo (205Pb) se produjo en las estrellas y se incorporó a la nube de gas parental del Sol”, explicó Balázs Szányi, estudiante de doctorado en la Universidad de Szeged.
“Al comparar la cantidad de plomo radiactivo derivada de meteoritos, concluimos que el Sol se formó relativamente rápido, en un período de 10 a 20 millones de años, a partir del material gaseoso de su lugar de origen. Esto está en línea con otros núcleos radiactivos formados en las mismas estrellas, lo que indica que nuestro Sol no se formó en aislamiento, sino como parte de una gran familia estelar, junto con numerosos hermanos que se han dispersado hace mucho tiempo y se han perdido”, resumió Maria Lugaro, investigadora del Instituto de Astronomía.
“Las instalaciones experimentales pioneras, la colaboración interdisciplinaria de equipos de investigación en física nuclear y astrofísica de todo el mundo y mucho trabajo arduo ayudan a comprender los procesos nucleares que ocurren dentro de las estrellas. Nuestro nuevo experimento reveló la cronología de los eventos de hace 4.6 mil millones de años que llevaron a la formación de nuestro Sol”, enfatizó Guy Leckenby, estudiante de doctorado en el centro nacional canadiense de aceleradores de partículas (TRIUMF) y primer autor de la publicación.
Los investigadores dedican su trabajo a sus colegas fallecidos, Fritz Bosch, Roberto Gallino, Hans Geissel, Paul Kienle, Fritz Nolden y Gerald J. Wasserburg, quienes apoyaron esta investigación durante varias décadas.