Los científicos de la Universidad de Chicago han descubierto evidencia en un meteorito de que un elemento raro, el curio, estuvo presente durante la formación del sistema solar. Este hallazgo pone fin a un debate de 35 años sobre la posible presencia de curio en el sistema solar temprano, y juega un papel crucial en la reevaluación de modelos de evolución estelar y síntesis de elementos en estrellas. Los detalles del descubrimiento aparecen en la edición del 4 de marzo de Avances científicos .
"El curio es un elemento escurridizo. Es uno de los elementos más pesados conocidos, sin embargo, no ocurre naturalmente porque todos sus isótopos son radiactivos y se descomponen rápidamente en una escala de tiempo geológico", dijo el autor principal del estudio, François Tissot, UChicago PhD'15, ahora becario posdoctoral de WO Crosby en el Instituto de Tecnología de Massachusetts.
Sin embargo, Tissot y sus coautores, Nicolas Dauphas y Lawrence Grossman de UChicago, han encontrado evidencia de curio en una inclusión cerámica inusual que llamaron "Curious Marie", tomada de un meteorito carbonoso. El curio se incorporó a la inclusión cuando se condensóde la nube gaseosa que formó el sol temprano en la historia del sistema solar.
Curious Marie y curium llevan el nombre de Marie Curie, cuyo trabajo pionero sentó las bases de la teoría de la radiactividad. El curium fue descubierto en 1944 por Glenn Seaborg y sus colaboradores en la Universidad de California, Berkeley, quienes, al bombardearLos átomos de plutonio con partículas alfa átomos de helio sintetizaron un nuevo elemento muy radiactivo.
Para identificar química e inequívocamente este nuevo elemento, Seaborg y sus colaboradores estudiaron la energía de las partículas emitidas durante su descomposición en el Laboratorio Metalúrgico en UChicago que más tarde se convirtió en el Laboratorio Nacional Argonne. El isótopo que habían sintetizado era el mismocurio inestable-242, que se descompone en una vida media de 162 días.
En la Tierra hoy, el curio existe solo cuando se fabrica en laboratorios o como un subproducto de explosiones nucleares. Sin embargo, el curio podría haber estado presente al principio de la historia del sistema solar, como producto de explosiones masivas de estrellas que ocurrieron antes del solarnació el sistema.
"La posible presencia de curio en el sistema solar temprano ha sido emocionante para los cosmoquímicos, porque a menudo pueden usar elementos radiactivos como cronómetros para fechar las edades relativas de meteoritos y planetas", dijo el coautor del estudio Nicolas Dauphas, de Louis de UChicago.Profesor de bloque en ciencias geofísicas.
De hecho, el isótopo de curio más longevo 247Cm se descompone con el tiempo en un isótopo de uranio 235U. Por lo tanto, un mineral o una roca formada temprano en el sistema solar, cuando existían 247Cm, habría incorporado más 247Cm queun mineral o roca similar que se formó más tarde, después de que se descompusieron 247 cm. Si los científicos analizaran estos dos minerales hipotéticos hoy, descubrirían que el mineral más antiguo contiene más 235 U el producto de descomposición de 247 cm que el mineral más joven.
"La idea es bastante simple, sin embargo, durante casi 35 años, los científicos han discutido sobre la presencia de 247Cm en el sistema solar temprano", dijo Tissot.
Los primeros estudios en la década de 1980 encontraron grandes excesos de 235U en cualquier inclusión meteorítica que analizaron, y concluyeron que el curio era muy abundante cuando se formó el sistema solar. Experimentos más refinados realizados por James Chen y el ex alumno de UChicago Gerald Wasserburg, SB'51, SM'52, PhD'54, en el Instituto de Tecnología de California mostró que estos primeros resultados fueron espurios, y que si el curio estaba presente en el sistema solar temprano, su abundancia era tan baja que la instrumentación de última generación sería incapazpara detectarlo
Los científicos tuvieron que esperar hasta que se desarrollara un nuevo espectrómetro de masas de alto rendimiento para identificar con éxito, en 2010, pequeños excesos de 235U que podrían ser la pistola humeante por la presencia de 247Cm en el sistema solar temprano.
"Ese fue un importante paso adelante pero el problema es que esos excesos fueron tan pequeños que otros procesos podrían haberlos producido", señaló Tissot.
Los modelos predicen que el curio, si está presente, era de baja abundancia en el sistema solar temprano. Por lo tanto, el exceso de 235U producido por la descomposición de 247Cm no puede verse en minerales o inclusiones que contengan grandes o incluso cantidades promedio de uranio natural. UnoPor lo tanto, uno de los desafíos era encontrar un mineral o inclusión que probablemente haya incorporado mucho curio pero que contenga poco uranio.
Con la ayuda del coautor del estudio Lawrence Grossman, profesor emérito de UChicago en ciencias geofísicas, el equipo pudo identificar y apuntar a un tipo específico de inclusión meteorítica rica en calcio y aluminio. Estas CAI inclusiones ricas en calcio y aluminiose sabe que tienen una baja abundancia de uranio y es probable que tengan una alta abundancia de curio. Una de estas inclusiones, Curious Marie, contenía una cantidad extremadamente baja de uranio
"Es en esta misma muestra que pudimos resolver un exceso sin precedentes de 235U", dijo Tissot. "Todas las muestras naturales tienen una composición isotópica similar de uranio, pero el uranio en Curious Marie tiene un seis por ciento más de 235U, unhallazgo que solo puede explicarse en vivo 247Cm en el sistema solar temprano ".
Gracias a esta muestra, el equipo de investigación pudo calcular la cantidad de curio presente en el sistema solar temprano y compararlo con la cantidad de otros elementos radiactivos pesados como el yodo-129 y el plutonio-244. Descubrieron que todosEstos isótopos podrían haberse producido juntos por un solo proceso en estrellas.
"Esto es particularmente importante porque indica que a medida que las sucesivas generaciones de estrellas mueren y expulsan los elementos que producen en la galaxia, los elementos más pesados se producen juntos, mientras que el trabajo anterior había sugerido que este no era el caso", explicó Dauphas.
El hallazgo de curio natural en meteoritos por parte de Tissot y sus colaboradores cierra el ciclo abierto hace 70 años por el descubrimiento del curio artificial y proporciona una nueva restricción, que los modeladores ahora pueden incorporar en modelos complejos de nucleosíntesis estelar y químicos galácticosevolución para comprender mejor cómo se hicieron elementos como el oro en las estrellas.
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Materiales proporcionado por Universidad de Chicago . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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