Únete á nosa canle de Whatsapp
Unha das cuestións máis relevantes para a física do Universo é avanzar no coñecemento sobre a orixe dos elementos químicos da táboa periódica máis pesados que o ferro. Os científicos creen que a maior parte destes elementos orixínanse en determinadas estrelas e, concretamente, en escenarios pouco habituais como as explosións de supernovas ou en colapsos gravitacionais. Agora, un equipo internacional liderado polo profesor da Universidade de Santiago de Compostela (USC) José Benlliure conseguiu sintetizar e estudar núcleos atómicos que só se producen neste escenario astrofísico.
Dende mediados do século XX sábese que os elementos da táboa periódica xéranse nas estrelas coa excepción do hidróxeno e unha boa parte do helio, que se produciron durante os seus primeiros instantes do Universo no Big Bang. As estrelas cunha masa similar á do Sol transforman hidróxeno en helio nunha primeira fase e, posteriormente, helio en carbono, neón e magnesio. Estas transformacións prodúcense por reaccións de fusión que ao mesmo tempo xeran a enerxía que irradian as estrelas. Naquelas estrelas con masas superiores ás do Sol, a maior temperatura que alcanza o seu núcleo permite que as reaccións de fusión produzan elementos máis pesados.
O equipo internacional do proxecto o lidera o profesor da universidade compotelá José Benlliure
Como? As explosións de estrelas caracterízanse por producir unha gran cantidade de neutróns que, ao ser capturados por núcleos de elementos lixeiros, transfórmanse noutros máis pesados. Este sería o fundamento do proceso r. Unha consecuencia deste proceso e que os núcleos producidos teñen un número de neutróns moi superior ao dos átomos estables que constitúen a materia común. As propiedades destes núcleos ricos en neutróns son claves para entender o proceso r, os escenarios estelares nos que se produce e, a partir desto, as abundancias dos elementos pesados da táboa periódica no Universo.
Segundo infora a Universidade de Santiago, o equipo, no que ademais dos investigadores da USC colabora o Instituto de Física Corpuscular (IFIC, CSIC-UV), conseguiu sintetizar no laboratorio de física nuclear GSI (Darmstadt, Alemaña) 65 núcleos pesados ricos en neutróns que non se coñecían con anterioridade, medindo tamén a vida media de doce deles. Os resultados, publicados en Physical Review Letters, indican que as vidas medias destes núcleos son máis curtas do previsto, o cal mostra que o proceso r de nucleosíntese estelar é máis rápido do que se cría. Isto afectaría ás predicións que explican as abundancias de elementos pesados da táboa periódica.
Os investigadores utilizaron os aceleradores do laboratorio GSI en Alemaña para sintetizar algúns dos núcleos ricos en neutróns que, se cree, se producen nas explosións de supernovas ou nos colapsos gravitacionais de sistemas binarios de estrelas de neutróns. Eso permitiu estudar algunhas das súas propiedades, en particular as súas vidas medias. Neste experimento aceleráronse máis de 40×1012 núcleos de chumbo estable, que se facían incidir sobre unha lámina de berilio para arrancarlles algúns dos protóns que os constitúen e desa forma producir outros de elementos atómicos máis lixeiros, pero cun maior número de neutróns, que os seus correspondentes núcleos estables.
Estes núcleos se implantaban nun sensor de silicio deseñado polos investigadores da USC que detectaba a súa posterior desintegración emitindo electróns. O tempo transcorrido entre a produción e a desintegración dos núcleos permitía determinar a súa vida media. No experimento puidéronse identificar máis de 65 novos núcleos de átomos que se poderían xerar no proceso r de nucleosíntese estelar. Ademais, foi posible determinar a vida media de 12 deles.
O grupo sintetizou algúns dos núcleos que se cree que se producen nas supernovas
O investigador da USC sinala: “As vidas medias obtidas resultaron ser sensiblemente inferiores ás que predicían a maioría dos modelos teóricos existentes. A razón é que a desintegración radiactiva destes núcleos está dominada por unha transición cuántica pouco común coñecida co nome de transicións prohibidas, e que non se describían correctamente en moitos modelos teóricos”. Para Benlliure, a principal consecuencia destes resultados é que a velocidade das reaccións de captura de neutróns do proceso r é maior e, polo tanto, este proceso produciría unha maior cantidade de núcleos de elementos químicos pesados do estimado ata agora. Este resultado é clave para entender tanto as explosións de supernovas como a curva de abundancias dos elementos químicos no Universo.
Para seguir avanzando nestas investigacións necesítanse aceleradores máis potentes que permitan producir núcleos cun maior exceso de neutróns. Por esta razón, estase construíndo actualmente o novo centro de investigación FAIR en Alemaña, no que se poderán sintetizar e estudar a maior parte dos núcleos que participan no ‘proceso r’ de nucleosíntese estelar así como estudar outras reaccións clave para entender a orixe dos elementos químicos no Universo. Arredor de medio centenar de científicos de dez centros de investigación españois traballa na preparación de FAIR, co apoio do Centro Nacional de Física de Partículas, Astropartículas e Nuclear (CPAN).
