Pesquisadores do Instituto de Física Moderna (IMP) da Academia Chinesa de Ciências e seus colaboradores fizeram recentemente um grande progresso no estudo da taxa de decaimento beta estelar de Fe59, que constitui um passo importante para o entendimento da nucleossíntese de Fe60 em estrelas massivas. Os resultados foram publicados na Physical Review Letters em 12 de abril.
O nuclídeo radioativo Fe60 desempenha um papel essencial nos estudos astrofísicos nucleares. É sintetizado em estrelas massivas por sucessivas capturas de nêutrons em um núcleo estável de Fe58 e, durante os estágios finais da evolução estelar, ejetado para o espaço por meio de uma supernova de colapso do núcleo.
As linhas gama características associadas ao decaimento de Fe60 foram detectadas por detectores de raios gama espaciais. Ao comparar o fluxo de raios gama do Fe60 com o do Al26, que compartilha uma origem semelhante ao Fe60, os pesquisadores devem ser capazes de obter informações importantes sobre a nucleossíntese e modelos estelares. No entanto, a razão de fluxo de raios gama observada Al26 / Fe60 não corresponde às previsões teóricas devido às incertezas em ambos os modelos estelares e entradas de dados nucleares.
A taxa estelar de decaimento beta de Fe59 está entre as maiores incertezas nas entradas de dados nucleares. Durante a nucleossíntese de Fe60 em estrelas massivas, Fe59 pode capturar um nêutron para produzir Fe60 ou decaimento beta para 59Co. Portanto, a taxa de decaimento beta estelar de Fe59 é crítica para o rendimento de Fe60.
Embora a taxa de decaimento do Fe59 tenha sido medida com precisão em laboratórios, sua taxa de decaimento pode ser significativamente aumentada em ambientes estelares devido às contribuições de seus estados excitados. No entanto, a medição direta da taxa de decaimento beta de estados excitados é muito desafiadora, uma vez que é necessário criar um ambiente de alta temperatura como nas estrelas para manter os núcleos Fe59 em seus estados excitados.
Para resolver este problema, os pesquisadores do IMP propuseram um novo método para medir a taxa de decaimento beta estelar de Fe59. “A reação de troca de carga nuclear é uma alternativa de medição indireta, que fornece informações importantes sobre a estrutura nuclear que podem determinar essas taxas de decomposição.” disse Gao Bingshui, pesquisador do IMP.
Os pesquisadores realizaram seu experimento no Coupled Cyclotron Facility da Michigan State University. No experimento, um feixe de tritão secundário produzido pelos ciclotrons foi usado para bombardear um alvo 59Co. Em seguida, os produtos da reação, partículas 3He e raios gama, foram detectados pelo espectrômetro S800 e pela matriz de detecção de raios gama GRETINA. Usando esta informação, as taxas de decaimento beta dos estados excitados Fe59 foram determinadas. Essa medição, portanto, eliminou uma das principais incertezas nucleares na previsão do rendimento de Fe60.
Ao comparar os cálculos do modelo estelar usando os novos dados de taxa de decaimento com cálculos anteriores, os pesquisadores descobriram que, para uma estrela de 18 massas solares, o rendimento de Fe60 é 40% menor ao usar os novos dados. O resultado aponta para uma tensão reduzida na discrepância nas razões Al26 / Fe60 entre as previsões teóricas e as observações.
“É um passo importante para a compreensão da nucleossíntese Fe60 em estrelas massivas e fornecerá uma base mais sólida para futuras simulações astrofísicas”, disse Li Kuoang, colaborador de Gao.
Publicado em 18/04/2021 05h20
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