Una nueva medición de la rapidez con la que las estrellas crean carbono puede desencadenar un cambio importante en nuestra comprensión de cómo las estrellas evolucionan y mueren. cómo se crean los elementos, e incluso el origen y abundancia de los componentes básicos de la vida.

Los físicos de la Universidad Nacional de Australia y la Universidad de Oslo reprodujeron cómo las estrellas producen carbono a través de una asociación fugaz de átomos de helio conocida como el estado Hoyle en dos mediciones separadas. Descubrieron que el carbono, el componente básico de la vida, se produce un 34 por ciento más rápido de lo que se pensaba.

"Es un resultado realmente sorprendente, con profundas implicaciones en astrofísica, "dijo el profesor asociado Tibor Kibédi, uno de los investigadores principales del Departamento de Física Nuclear de ANU.

El experimento de Oslo se informó en Cartas de revisión física , y los hallazgos de ANU se publicaron en Revisión física C .

Las estrellas producen carbono a través del proceso triple alfa, donde tres partículas alfa (núcleos de helio) chocan y se fusionan en una pequeña fracción de segundo. Este proceso es tan poco probable que durante muchos años los astrofísicos no pudieron explicar cómo se podían crear el carbono y los elementos más pesados ​​en el universo.

En 1953, el renombrado astrónomo Sir Fred Hoyle sugirió una solución al enigma:un estado excitado del carbono previamente desconocido, muy cerca de la energía del proceso triple alfa. Este estado emocionado ahora conocido como el estado de Hoyle, y actuaría como un trampolín para producir carbono estable.

Esto a su vez allana el camino para más reacciones de fusión, permitiendo que las estrellas fabriquen los elementos más pesados ​​desde el oxígeno hasta el hierro y más.

El carbono y otros elementos formados dentro de las estrellas eventualmente se convierten en el polvo y el gas a partir de los cuales se forman los planetas. Aquí en la tierra, La química del carbono es la base de la vida.

"Es uno de los milagros del mundo material, "Dijo Kibédi." En pocas palabras, si el estado de Hoyle no existiera, ¡nosotros tampoco! "

Incluso con la ayuda del estado de Hoyle, la formación de carbono estable todavía es muy poco probable.

"Por cada 2500 núcleos estatales de Hoyle producidos, "explicó Kibédi, "sólo uno hace la transición al carbono estable. El resto se desmorona".

Medir directamente la tasa de producción de carbono es muy difícil. En lugar de, los físicos lo calculan indirectamente a partir de observaciones de dos transiciones de estado de Hoyle diferentes.

Para medir la primera transición, Kibédi y su equipo en la Instalación Aceleradora de Iones Pesados ​​(HIAF) de ANU dispararon un haz de protones a una hoja extremadamente delgada de carbono para formar núcleos en estado Hoyle. Una pequeña fracción de los núcleos excitados vuelve a convertirse en carbono estable emitiendo un par electrón-positrón, que el equipo detectó con el espectrómetro de pares SUPER-E de HIAF.

Al mismo tiempo, Kibédi y su equipo trabajaron con investigadores del Laboratorio de Ciclotrones de la Universidad de Oslo para medir la segunda transición, en el que el estado de Hoyle emite un fotón. Observaron seis mil millones de reacciones del estado de Hoyle, de los cuales solo 200 decayeron a través de la desintegración de fotones.

Combinando los resultados de ANU y Oslo, el equipo calculó la tasa de producción de carbono, su primera gran actualización en 40 años. Descubrieron que era más de un tercio más grande de lo que se pensaba, un cambio enorme para una cantidad astrofísica tan crítica.

"Fue realmente inesperado, ", dijo Kibédi." Nadie había mirado esta medida en particular desde 1976. Todos asumieron que era bien conocida ".

Según la Dra. Meridith Joyce de la Escuela de Investigación de Astronomía y Astrofísica de la ANU, un cambio tan grande sería un evento importante para los astrofísicos estelares.

"Un aumento en la tasa de producción de carbono como este tendría un gran impacto en muchos de nuestros modelos, "Dijo Joyce.

"Afectaría nuestra comprensión de cómo cambian las estrellas con el tiempo, cómo producen elementos más pesados ​​que el carbono, cómo medimos la edad de las estrellas y cuánto durarán, con qué frecuencia esperamos ver explosiones de supernovas, incluso si dejan estrellas de neutrones o agujeros negros ".

Con tantos fenómenos astronómicos que dependen de la medición, un ajuste tan grande al valor previamente aceptado atraerá mucho escrutinio. Kibédi es optimista de que más experimentos cimentarán sus resultados, incluido el trabajo adicional en el HIAF.

"Es importante que se realicen más experimentos para resolver esto, ", dijo." El experimento de Oslo se está repitiendo, y el análisis preliminar parece respaldar nuestros hallazgos ".

"Nuestro plan original aquí en la ANU era observar las desintegraciones de ambas transiciones de estado de Hoyle en un solo experimento por primera vez. Todavía tengo la esperanza de que podamos hacer eso".