O estudo da nucleossíntese de elementos pesados pelo processo r faz uma pergunta simples, mas ousada: De onde vem o material que compõe nosso sistema solar, nossa Terra e nós mesmos?
Dois grupos adotaram abordagens opostas para encontrar uma resposta. Um vai ao laboratório para caçar “astrômeros”, enquanto o outro olha para as estrelas para comparar elementos pesados.
Astrômeros são isômeros astrofisicamente metaestáveis: estados excitados de núcleos atômicos que duram muito tempo até mesmo nas partes mais quentes do espaço. Eles podem reagir e decair de maneira diferente do estado fundamental correspondente – o que significa que podem ter um papel especial a desempenhar nos processos que criam os elementos que encontramos em nosso sistema solar.
“A influência dos isômeros foi estudada apenas em um pequeno número de casos, mas nosso trabalho teórico está mostrando que seus efeitos são provavelmente de amplo alcance e profundos, com consequências em observáveis astrofísicos e composições elementais aqui em casa na Terra”, disse G Wendell Misch, bolsista de pós-doutorado no Laboratório Nacional de Los Alamos, que apresenta uma visão geral das últimas pesquisas sobre astrômeros no encontro.
Por exemplo, os astrômeros podem afetar o processo r que produz elementos pesados. Misch colabora com o cientista Matthew Mumpower, também de Los Alamos, bem como com o cientista Kay Kolos do Lawrence Livermore National Laboratory e uma equipe de pesquisadores do Argonne National Laboratory, com o objetivo de medir as energias ainda desconhecidas desses astrômeros potencialmente influentes.
Para registrar a diferença de energia entre o estado fundamental e o estado isomérico dos principais núcleos em decomposição, a equipe usa a Canadian Penning Trap no Argonne National Laboratory. Este dispositivo captura íons radioativos produzidos a partir de fontes Californium Rare Isotope Breeder Upgrade (CARIBU) e permite essas medições de diferença de energia.
Na reunião, Kolos apresentará descobertas experimentais preliminares que retroalimentam o trabalho teórico de Misch.
“Com nossos resultados, os teóricos serão capazes de calcular a nucleossíntese do processo r com melhor precisão. Essas medições ajudarão a esclarecer o que acontece com as populações de astrômeros no ambiente de resfriamento rápido após o término do processo r”, disse Kolos.
Enquanto isso, outro grupo empreende uma direção incomum e completamente nova para revelar a história de origem de nossos elementos mais pesados: comparando sua produção com o que é encontrado nas estrelas.
“A forma mais densa de matéria luminosa do universo existe nas estrelas de nêutrons: o ponto de parada final na vida de certas estrelas muito mais massivas do que o Sol”, disse Erika Holmbeck, NASA Hubble Fellow no Carnegie Observatories.
Holmbeck e colaboradores analisaram elementos pesados simulando sua produção em estrelas de nêutrons e também observando esses elementos em outras estrelas. A partir desses estudos conjuntos do processo r, eles desenvolveram uma nova equação de estado que descreve estrelas de nêutrons.
Seus resultados preliminares, que Holmbeck apresentará no encontro, concordam com as previsões teóricas e as medições que sondam as próprias estrelas de nêutrons pelo telescópio NICER da NASA.
“Embora essa abordagem seja drasticamente diferente de outros métodos, surpreendentemente encontramos concordância com as medições NICER e os cálculos da teoria sobre a estrutura dessas estrelas exóticas. Os resultados também explicam simultaneamente a origem dos elementos mais pesados encontrados em nosso sistema solar”, disse Holmbeck .
Publicado em 14/10/2021 00h45
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