Donald Delbert Clayton (18 de marzo de 1935 – 3 de enero de 2024) fue un astrofísico estadounidense cuyo logro más visible fue la predicción, a partir de la teoría de la nucleosíntesis, de que las supernovas son intensamente radiactivas. Eso le valió a Clayton la Medalla al Logro Científico Excepcional de la NASA (1992) por “la astrofísica teórica relacionada con la formación de elementos (químicos) en las explosiones de estrellas y con los productos observables de estas explosiones”. A partir de entonces, las supernovas se convirtieron en los eventos estelares más importantes de la astronomía debido a su naturaleza profundamente radiactiva. Clayton no solo descubrió la nucleosíntesis radiactiva durante la combustión explosiva de silicio en las estrellas [2] [3] [4], sino que también predijo un nuevo tipo de astronomía basada en ella, a saber, la radiación lineal de rayos gamma asociada emitida por la materia expulsada de las supernovas. [5] Ese artículo fue seleccionado como uno de los cincuenta artículos más influyentes en astronomía durante el siglo XX [6] para el Volumen del Centenario de la Sociedad Astronómica Americana. Reunió el apoyo de astrónomos y físicos influyentes para una nueva partida presupuestaria de la NASA para un satélite de observación de rayos gamma, [7] logrando una financiación exitosa para el Observatorio de Rayos Gamma Compton . Con su enfoque en el gas de supernova radiactivo, Clayton descubrió una nueva vía química que hace que el polvo de carbono se condense allí mediante un proceso que se activa por la radiactividad. [8]
Clayton también escribió una novela, The Joshua Factor (1985), una parábola del origen de la humanidad que utiliza el misterio de los neutrinos solares; una autobiografía científica y una autobiografía; y una historia del origen de cada isótopo, Handbook of Isotopes in the Cosmos (Cambridge Univ. Press, 2003).
Clayton murió el 3 de enero de 2024, a la edad de 88 años. [9]
Clayton fue elegido miembro de Phi Beta Kappa durante su tercer año como estudiante en la Southern Methodist University . Se le concedieron muchas becas de apoyo: becario predoctoral de la National Science Foundation (1956-58); becario de la Alfred P. Sloan Foundation (1966-68); becario Fulbright (1979-80); becario del St. Mary's College, Durham University (1987); [17] SERC Senior Visiting Fellow, The Open University , Milton Keynes , Reino Unido (1993). En 1993 Clayton fue nombrado ex alumno distinguido de la Southern Methodist University, [18] treinta y siete años después de obtener su licenciatura allí.
Clayton nació el 18 de marzo de 1935 en un modesto dúplex alquilado en Walnut Street en Shenandoah, Iowa , mientras sus padres estaban temporalmente fuera de las dos granjas familiares cerca de Fontanelle en busca de trabajo durante la Gran Depresión . Clayton pasó gran parte de su primera infancia en esas granjas y ha hablado con entusiasmo sobre su amor por la granja. [19] : 1–6 Clayton asistió a la escuela pública en Texas después de que el nuevo trabajo de su padre como copiloto de Braniff Airlines trasladara a la familia a Dallas en 1939. Sus padres compraron una casa en el ya reconocido sistema escolar de Highland Park , lo que le proporcionó una excelente educación. Se graduó tercero en su clase de 1953 de 92 estudiantes [19] : 84 de Highland Park High School . Al convertirse en el primero entre todos sus familiares de Iowa en buscar educación postsecundaria, Clayton se matriculó en la Southern Methodist University y se destacó en física y matemáticas, graduándose summa cum laude en 1956.
A instancias de sus profesores de la SMU, se postuló como estudiante de investigación de física al Instituto Tecnológico de California (Caltech), al que asistió con una beca predoctoral de la National Science Foundation. En el curso de física nuclear de 1957 en Caltech, Clayton aprendió de William Alfred Fowler sobre una nueva teoría de que los elementos químicos se habían ensamblado dentro de las estrellas por reacciones nucleares que ocurrían allí. Quedó cautivado por esa idea de por vida. [20] : 112–114 Clayton completó su tesis doctoral en 1961 sobre el crecimiento de las abundancias de los elementos pesados debido a la captura lenta de neutrones libres (el proceso s ) por elementos más ligeros más abundantes en las estrellas. Clayton y su esposa Mary Lou [21] desempeñaron un pequeño papel en la producción de las célebres Conferencias Feynman sobre Física al convertir el audio grabado de las conferencias de Richard Feynman a prosa. Caltech le brindó a Clayton la oportunidad de conocer y luego convertirse en amigo de por vida de Fred Hoyle , cosmólogo británico y creador de la teoría de la nucleosíntesis en estrellas. Hoyle ejerció una fuerte influencia en Clayton durante toda su vida. Las colaboraciones publicadas de Clayton con Fowler (Premio Nobel de Física en 1983) como estudiante de investigación de Fowler [22] (1957-60) y posteriormente como investigador asociado postdoctoral de Fowler (1961-63) lanzaron la carrera científica de Clayton.
Se estableció en Caltech como un nuevo trabajador en el campo de la nucleosíntesis en estrellas al calcular los primeros modelos dependientes del tiempo tanto del proceso s como de las cadenas de captura de neutrones rápidos del proceso r de nucleosíntesis de elementos pesados y del cuasiequilibrio de abundancia nuclear que establece las abundancias altamente radiactivas entre el silicio y el níquel durante la combustión del silicio en las estrellas. Entró en el campo temprano, cuando la nucleosíntesis era una frontera vibrante y moderna. Las citas se encuentran en la sección Nucleosíntesis a continuación.
Una conexión histórica de la carrera académica de Clayton con el Programa Apolo de la NASA surgió a través del establecimiento por parte de la Universidad Rice de su Departamento de Ciencias Espaciales en 1963. Esta acción de la Universidad Rice proporcionó la posición académica asumida por Clayton en 1963. Clayton describió esta buena fortuna en su autobiografía. [19] : 159–163 Su investigación académica en cinco campos de la astrofísica defendidos por él se detalla en la sección 5 a continuación. Los puestos académicos fundacionales en Caltech, Rice University y Clemson University se vieron aumentados por su alcance internacional: afiliaciones académicas de siete años en Cambridge (1967-1974) y más tarde en Heidelberg (1976-82), [19] : 178 así como por puestos de verano de visita en Cardiff, Reino Unido (1976, 1977) [19] : 369 así como licencias sabáticas en Cambridge (1971), Heidelberg (1981) y Durham University, Reino Unido (1987). [19] : 439–442
Después de su beca de investigación postdoctoral de dos años (1961-63) en Caltech, Clayton recibió una cátedra adjunta, uno de los cuatro miembros fundadores de la facultad en el recién creado Departamento de Ciencias Espaciales de la Universidad Rice (más tarde rebautizado como Física Espacial y Astronomía). Allí inició un curso para estudiantes de posgrado que explicaba las reacciones nucleares en las estrellas como el mecanismo para la creación de los átomos de nuestros elementos químicos. Su libro de texto pionero basado en ese curso ( Principios de evolución estelar y nucleosíntesis , McGraw-Hill 1968) recibió elogios continuos. En 2018, 50 años después de su primera publicación, todavía se usa comúnmente [23] en la educación de posgrado en todo el mundo. En Rice, Clayton recibió la recién otorgada Cátedra Andrew Hays Buchanan de Astrofísica en 1968 y ocupó esa cátedra durante veinte años hasta que respondió a la oportunidad de guiar un nuevo programa de astrofísica en la Universidad de Clemson en 1989. Durante la década de 1970 en la Universidad Rice, Clayton dirigió las tesis de doctorado de muchos estudiantes de investigación que alcanzaron renombre, especialmente Stanford E. Woosley , William Michael Howard, HC Goldwire, Richard A. Ward, Michael J. Newman, Eliahu Dwek, Mark Leising y Kurt Liffman. Los estudiantes de tesis superiores en la Universidad Rice incluyeron a Bradley S. Meyer y Lucy Ziurys , quienes forjaron carreras distinguidas en los temas de esas tesis superiores. Se pueden ver fotos históricas de varios estudiantes en el archivo fotográfico de Clayton para la historia de la astrofísica nuclear. [24] Clayton siguió la histórica misión Apolo 11 mientras estaba de vacaciones con su familia en Irlanda mientras viajaba a Cambridge, Reino Unido, para su tercer verano de investigación allí.
En el invierno de 1966, unas cartas de WA Fowler invitaron inesperadamente a Clayton a regresar a Caltech para escribir un libro sobre nucleosíntesis junto con Fowler y Fred Hoyle. En su autobiografía, Clayton cita estas cartas. [25] Aceptó la oferta, pero el libro nunca se escribió porque, mientras residía en Caltech, Clayton fue invitado por Fred Hoyle a la Universidad de Cambridge (Reino Unido) en la primavera de 1967 para asesorar un programa de investigación sobre nucleosíntesis en el recién creado Instituto de Astronomía de Hoyle . La concesión a Clayton de una beca de la Fundación Alfred P. Sloan (1966-1968) le facilitó licencias de la Universidad Rice para este propósito. Clayton ejerció ese liderazgo de investigación en Cambridge durante 1967-72 trayendo consigo a sus estudiantes de investigación de la Universidad Rice. Ese prolífico período terminó abruptamente con la inesperada renuncia de Hoyle a la Universidad de Cambridge en 1972. [26] Durante estos años, Clayton fue miembro visitante de Clare Hall . En la Universidad Rice, WD Arnett, SE Woosley y WM Howard publicaron conjuntamente numerosos estudios innovadores con Clayton sobre el tema de la nucleosíntesis explosiva de supernovas . [27] [28] Durante sus años en Cambridge, Clayton propuso [5] [29] núcleos emisores de rayos gamma radiactivos como fuentes de nucleosíntesis para el campo de la astronomía de rayos gamma de transiciones de líneas de núcleos radiactivos con coautores ( Stirling Colgate , Gerald J. Fishman y Joseph Silk ). La detección de estas líneas de rayos gamma dos décadas después proporcionó la prueba decisiva de que el hierro se había sintetizado explosivamente en supernovas en forma de isótopos de níquel radiactivos en lugar de como hierro en sí, que Fowler y Hoyle habían defendido.
Durante (1977–84) Clayton residió a tiempo parcial anualmente en el Instituto Max Planck de Física Nuclear en Heidelberg como ganador del Premio Humboldt , patrocinado por Till Kirsten. Las licencias académicas anuales de la Universidad Rice facilitaron esto. Allí se unió a la Sociedad Meteorítica en busca de audiencia para su recién publicada imagen teórica [30] [31] [32] [33] [34] [35] de un nuevo tipo de astronomía isotópica basada en las abundancias relativas de los isótopos de los elementos químicos dentro de los granos de polvo interestelar. Esperaba que tales granos interestelares pudieran descubrirse dentro de los meteoritos ; [19] : 354–57, 387–95 y también propuso una teoría relacionada que llamó memoria química cósmica [36] por la cual los efectos del polvo de estrellas pueden medirse en minerales meteoríticos incluso si el polvo de estrellas en sí ya no existe allí. Clayton designó al componente cristalino del polvo interestelar que se había condensado térmicamente a partir de gases estelares calientes y enfriados con un nuevo nombre científico, polvo de estrellas . El polvo de estrellas se convirtió en un componente importante del polvo cósmico . Clayton ha descrito [19] : Cap. 14 la fuerte resistencia que encontró por parte de los árbitros meteoríticos de sus primeros artículos que promovían esta nueva teoría. No obstante, estableció ese programa de investigación en la Universidad Rice, donde continuó guiando la investigación de estudiantes de posgrado sobre ese tema. Él y el estudiante Kurt Liffman calcularon una historia pionera de las tasas de supervivencia del polvo de estrellas refractario en el medio interestelar después de su expulsión de las estrellas; [37] [38] y con el estudiante Mark D. Leising calculó un modelo de propagación de líneas de aniquilación de positrones dentro de las explosiones de novas [39] y de la distribución angular de las líneas de rayos gamma del 26 Al radiactivo en la galaxia. [40] Tras el descubrimiento en laboratorio en 1987 de polvo de estrellas meteorítico que contenía marcadores isotópicos inequívocos de estrellas, Clayton recibió la Medalla Leonard en 1991 , el máximo honor de la Sociedad Meteorítica. Sintiéndose reivindicado, [41] Clayton se regocijó en la naturaleza : "la raza humana tiene muestras sólidas de supernovas en sus manos y las estudia en laboratorios terrestres". [42]
En 1989 Clayton aceptó una cátedra en la Universidad de Clemson para desarrollar allí un programa de investigación de posgrado en astrofísica. [19] : Cap. 18 Comenzó este segmento académico (1989-presente) contratando a tres jóvenes astrofísicos talentosos [43] para vitalizar la investigación conjunta con el Observatorio de Rayos Gamma Compton (lanzado en 1991 después de varios retrasos). Sus cuatro instrumentos detectaron con éxito líneas de rayos gamma que identificaban varios de los núcleos radiactivos que Clayton había predicho que estaban presentes en los restos de supernova. Clayton había sido designado diez años antes co-investigador en la propuesta de la NASA presentada por James Kurfess para el Experimento del Espectrómetro de Centelleo Orientado OSSE , uno de los cuatro instrumentos exitosos llevados a órbita por el Transbordador Espacial Atlantis , y llevó ese contrato de investigación a Clemson. Simultáneamente Clayton desarrolló en Clemson su investigación sobre polvo de estrellas, introduciendo talleres anuales para sus investigadores. [44] El taller inicial patrocinado por la NASA en Clemson en 1990 fue tan animado que se repitió al año siguiente con el copatrocinio de la Universidad de Washington en St. Louis, y en años posteriores también con el copatrocinio de la Universidad de Chicago y la Institución Carnegie de Washington . Estos talleres se caracterizaron por el entusiasmo de los nuevos descubrimientos isotópicos y también ayudaron a los participantes a centrar sus ideas para la presentación de resúmenes en la Conferencia de Ciencia Planetaria y Lunar de la NASA. Por lo demás, las discusiones de los participantes en los talleres no se compartieron ni se hicieron públicas.
Finalmente, un nuevo objetivo único fue reunir a partir de su gran colección personal de fotografías un archivo basado en la web para la historia de la astrofísica nuclear [45] y donar las fotografías originales [46] al Centro para la Historia de la Física, una rama del Instituto Americano de Física . Los impulsos de la carrera de Clayton en la Universidad de Clemson están bien representados en ese Archivo de Fotografías mediante fotos entre 1990 y 2014. Después de su retiro de las tareas académicas en 2007, Clayton se mantuvo bastante activo en problemas de investigación relacionados con la condensación del polvo dentro de las supernovas [47] y también ha publicado una autobiografía científica, Catch a Falling Star . Los artículos de investigación arbitrados publicados de Clayton antes de 2011 se enumeran en http://claytonstarcatcher.com/files/documents/JournalPub.pdf
Clayton se casó tres veces: en 1954 en Dallas [48] con Mary Lou Keesee (fallecida en 1981, Houston) mientras eran estudiantes en la SMU; [19] : 98–100 en 1972 en St. Blasien, Alemania con una joven alemana, Annette Hildebrand (divorciada en 1981, Houston); [19] : 300–301 en 1983 en la Capilla de la Universidad Rice, finalmente con Nancy Eileen McBride [19] : 412–413 que se formó en arte y arquitectura y hoy es artista. [49] Sus hijos con Mary Lou fueron Donald Jr y Devon (fallecido); con Annette estuvo Alia Fisher; y con Nancy estuvo Andrew.
Clayton residió con Nancy en la histórica Casa GW Gignilliat (1898) en Seneca, Carolina del Sur . La madre y el padre de Clayton habían nacido en granjas familiares en Fontanelle, Iowa, de padres [19] : 6–9 que habían vivido toda su vida en granjas de Fontanelle. Sus propios padres habían inmigrado a Iowa cerca de 1850 desde Inglaterra y Alemania. Dos de los bisabuelos de Clayton (Kembery y Clayton) lucharon en la Guerra Civil (del Norte). Robert M. Clayton luchó en el Ejército de Sherman en la batalla de Atlanta. [50]
Mientras estaba en la Universidad Rice, Clayton fue presentado por el mecenas de las artes Dominique de Menil al cineasta italiano Roberto Rossellini , y juntos concibieron una película sobre las realizaciones cada vez más profundas de un científico durante una vida cosmológica, una secuencia de experiencias que Clayton propuso [19] : 245–249 para proporcionar ese proyecto. En el verano de 1970 Clayton pasó dos semanas en Roma trabajando diariamente con Rossellini [51] [52] en ese esfuerzo, que fracasó debido a un apoyo financiero insuficiente o un plan teatral insuficiente. [53] Las primeras memorias publicadas de Clayton The Dark Night Sky: a personal adventure in cosmology [54] expusieron su plan para esa película.