El análisis del contenido de meteoritos ha sido crucial para avanzar en nuestro conocimiento del origen y evolución de nuestro sistema solar. Algunos meteoritos también contienen granos de polvo de estrellas. Estos granos son anteriores a la formación de nuestro sistema solar y ahora brindan información importante sobre cómo se formaron los elementos del universo.

Trabajando en colaboración con un equipo internacional, Los físicos nucleares del Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) han hecho un descubrimiento clave relacionado con el análisis de los "granos presolares" que se encuentran en algunos meteoritos. Este descubrimiento ha arrojado luz sobre la naturaleza de las explosiones estelares y el origen de los elementos químicos. También ha proporcionado un nuevo método para la investigación astronómica.

"Pequeños granos presolares, aproximadamente un micrón de tamaño, son el residuo de explosiones estelares en el pasado distante, mucho antes de que existiera nuestro sistema solar, "dijo Dariusz Seweryniak, físico nuclear experimental en la división de física de Argonne. Los escombros estelares de las explosiones finalmente se encajaron en los meteoritos que se estrellaron contra la Tierra.

Las principales explosiones estelares son de dos tipos. Uno llamado "nova" involucra un sistema estelar binario, donde una estrella principal orbita una estrella enana blanca, una estrella extremadamente densa que puede tener el tamaño de la Tierra pero tener la masa de nuestro sol. La enana blanca arrastra continuamente la materia de la estrella principal debido a su intenso campo gravitacional. Este material depositado inicia una explosión termonuclear cada 1, 000 a 100, 000 años, y la enana blanca expulsa el equivalente a la masa de más de treinta Tierras al espacio interestelar. En una "supernova, "una sola estrella que colapsa explota y expulsa la mayor parte de su masa.

Nova y supernova son las fuentes de las erupciones estelares más frecuentes y violentas en nuestra galaxia, y por eso han sido objeto de intensas investigaciones astronómicas durante décadas. Se ha aprendido mucho de ellos, por ejemplo, sobre el origen de los elementos más pesados.

"Una nueva forma de estudiar estos fenómenos es analizar la composición química e isotópica de los granos presolares en meteoritos, ", explicó Seweryniak." De particular importancia para nuestra investigación es una reacción nuclear específica que ocurre en una nova y una supernova, la captura de protones en un isótopo de cloro, que solo podemos estudiar indirectamente en el laboratorio ".

Al realizar su investigación, el equipo fue pionero en un nuevo enfoque para la investigación astrofísica. Implica el uso de la matriz en haz de seguimiento de energía de rayos gamma (GRETINA) acoplada al analizador de masa de fragmentos en el sistema acelerador Argonne Tandem Linac (ATLAS), una instalación para usuarios de física nuclear de la Oficina de Ciencias del DOE. GRETINA es un sistema de detección de última generación capaz de rastrear la trayectoria de los rayos gamma emitidos por reacciones nucleares. Es uno de los dos únicos sistemas de este tipo en el mundo.

Usando GRETINA, el equipo completó el primer estudio detallado de espectroscopía de rayos gamma de un núcleo de un isótopo de importancia astronómica, argón-34. De los datos, calcularon la velocidad de reacción nuclear que implica la captura de protones en un isótopo de cloro (cloro-33).

"Sucesivamente, pudimos calcular las proporciones de varios isótopos de azufre producidos en explosiones estelares, que permitirá a los astrofísicos determinar si un grano presolar particular es de origen nova o supernova, ", dijo Seweryniak. El equipo también aplicó sus datos adquiridos para obtener una comprensión más profunda de la síntesis de elementos en explosiones estelares.

El equipo planea continuar su investigación con GRETINA como parte de un esfuerzo mundial para alcanzar una comprensión integral de la nucleosíntesis de los elementos en las explosiones estelares.