Los elementos químicos más masivos que el hierro (Z > 26, A > 58), como la plata, el platino y el oro, se forman en las kilonovas (fusiones de estrellas de neutrones) mediante la nucleosíntesis por captura rápida de neutrones (proceso r). Ninguna ley física prohíbe que también se formen elementos transuránicos (Z > 92, A > 238), e incluso transactínidos (Z > 103, A > 260); sin embargo, no están presentes en la corteza de la Tierra, pues son radiactivos con una vida media menor de 80 millones de años. Se publican en Science los primeros indicios de la formación y posterior fisión de dichos elementos muy masivos en las kilonovas. Se han observado 42 estrellas de la Vía Láctea con un cociente [Ba/Eu] < −0.3 que indica que su material primordial procede del proceso r (captura rápida), en lugar de los procesos i (intermedia) y s (lenta). Las abundancias de elementos con 44 ≤ Z ≤ 47 (rutenio, rodio, paladio y plata) en estas estrellas es mayor de la esperada según los modelos del proceso r sin fisión, pero se ajusta bien a los modelos que la incluyen; además, esta abundancia está correlacionada con la de elementos con 63 ≤ Z ≤ 78 con más de 3 sigmas de significación. Estamos ante indicios claros de que en las kilonovas se producen fisiones de elementos masivos inducidas por neutrones; si se confirma con futuros estudios sería la primera prueba de la producción de transactínidos (A > 260) en las kilonovas.

Los resultados de este estudio parecen obvios, sin embargo, deben ser contrastados con estudios independientes. De hecho, algunos estudios apuntan a que hay dos procesos r, el primario y el secundario, en analogía con los dos procesos s conocidos, el principal (primario) y el débil (secundario). Sin embargo, el nuevo estudio solo tiene en cuenta el proceso r primario (ni siquiera se menciona el secundario). Lo hecho en falta porque en 2012 un estudio de 71 estrellas pobres en metales encontró una correlación entre la abundancia de paladio (Z = 46) y de plata (Z = 47) con la de circonio (Z = 40), en lugar de con la de europio (Z = 63), que es la que encuentra este nuevo estudio; entonces se interpretó dicha correlación como resultado del proceso r secundario. Me hubiera gustado que el nuevo artículo discutiera en detalle qué ocurre en sus simulaciones cuando se incluye el proceso r secundario además del primario. Más aún, me parece observar cierto sesgo de selección; las correlaciones esperadas según las simulaciones del proceso r con fisión se observan con más de tres sigmas de significación entre algunos elementos, pero se observan con menos de tres sigmas en muchos otros elementos que también deberían ser producto de las fisiones. Entiendo que el estudio de la abundancia de elementos muy masivos en estrellas presente gran incertidumbre, pero si para evitar sesgos se aplica una corrección de Bonferroni la significación estadística de los indicios observados baja de las tres sigmas. 

Parece muy razonable que se produzcan transuránicos y transactínidos en el proceso r tras la fusión de estrellas de neutrones, y que dichos elementos se fisionen en elementos menos masivos. Luego se debería observar una señal como la encontrada en este nuevo estudio. Sin embargo, en un artículo publicado en Science uno esperaría un análisis más riguroso y más detallado de las hipótesis alternativas para explicar las correlaciones observadas, para así evitar posibles dudas sobre sesgo de selección en los resultados. Creo que este artículo generará mucho debate entre los expertos. El artículo es Ian U. Roederer, Nicole Vassh, …, Charli M. Sakari, «Element abundance patterns in stars indicate fission of nuclei heavier than uranium,» Science 382: 1177-1180 (07 Dec 2023), doi: https://doi.org/10.1126/science.adf1341, arXiv:2312.06844 [astro-ph.SR] (11 Dec 2023).

Por cierto, en algunos medios que se hacen eco de este artículo se han usado titulares muy desafortunados ( Sarah Romero, «Hallan evidencia de fisión nuclear en todo el universo», MUY Interesante, 16 dic 2023; Baltasar Pérez, «Elementos más pesados que el uranio que se formaron sin supernovas. La fisión nuclear, nunca antes observada en estrellas, apunta a elementos superpesados que se formaron sin necesidad de supernovas», Quo, 11 dic 2023; entre otros). Un lector lego puede interpretar dichos titulares como que hay fisión de transuránicos en las estrellas. Cuidado, siempre hay que ser muy escéptico con los titulares.

Se han seleccionado 42 estrellas de la base de datos JINAbase (Joint Institute for Nuclea Astrohpysics stellar abundance databse) que cumplen tres criterios: (1) que se haya determinado la abundancia de Zr, Ba y Eu; (2) que el cociente de abundancia entre el bario y el europio sea [Ba/Eu] < −0.3 (como la abundancia de Ba se asocia al proceso s y la de Eu al proceso r, este criterio implica que el material primordial de estas estrellas está dominado por el proceso r en lugar del proceso s); y que además se haya determinado la abundancia de Se, Pd o Te. Las 42 estrellas tienen metalicidades entre −3.57 ≤ [Fe/H] ≤ −0.99 y, además, cumplen que −0.52 ≤ [Eu/Fe] ≤ +1.69, lo que implica que el proceso r está reforzado (enhanced) en su material primordial. Otras propiedades de estas estrellas me parecen menos relevantes (salvo quizás que son estrellas viejas pobres en metales con masas estimadas en 0.8 ± 0.1 masas solares).

Esta figura muestra la correlación entre los cocientes [X/Zr] y [Eu/Fe] para elementos X con 34 ≤ Z ≤ 52 (parte de arriba) y entre los cocientes [X/Ba] y [Eu/Fe] para elementos con 57 ≤ Z ≤ 78 (parte de abajo). Como se observa muchos elementos no muestran ninguna correlación (ajustados por una recta de color verde). Además, entre los que presentan una correlación positiva (ajustados por una recta de color naranja), se observa que el coeficiente de determinación R² (en la figura escrito como r²) es bastante bajo (en un artículo de Medicina no se aceptaría esta correlación como significativa). En la información suplementaria del artículo aparecen las figuras de correlación separadas para cada elemento X y queda mucho más clara la debilidad de los datos que, según los autores, apoyan su hipótesis.

Quizás la figura que más confianza estadística ofrece es el cociente [Ag/Eu] estimado con un modelo teórico que no tiene en cuenta la fisión (parte izquierda) y que sí tiene en cuenta la fisión (parte derecha). Se observa que la fisión permite obtener una curva de abundancia plana que es muy sugerente. Por desgracia, ni en el artículo, ni en la información suplementaria, aparece una figura similar para el rutenio, el rodio y el paladio, los otros tres elementos que muestran la correlación más significativa con la hipótesis de la fisión. En mi modesta opinión, no veo ninguna razón para que dichas figuras no hayan sido calculadas y, en su caso, hayan sido omitidas en el artículo (al menos deberían aparecer en la información suplementaria).

En resumen, un artículo que aporta indicios de algo que se espera que sea obvio, que en el proceso r se producen elementos muy masivos que se fisionan en elementos más ligeros, incrementando su abundancia. Sin embargo, los indicios mostrados me parecen bastante flojos. Además, se omite un análisis destallado de las hipótesis alternativas, que ya se chequearon con éxito en estudios previos. Sin lugar a dudas estamos ante un artículo en Science que generará polémica (y citas). Habrá que estar al tanto de cómo se avanza en este estudio.