Simulación de la fusión de dos estrellas de neutrones que muestra cómo las estrellas se deforman y expulsan material a medida que se fusionan. Crédito:Stephan Rosswog
En la reunión de otoño de 2021 de la División de Física Nuclear de APS, dos grupos de investigación independientes darán a conocer nuevas medidas destinadas a explicar el nacimiento de la mitad de los elementos del universo.
El estudio de la nucleosíntesis de elementos pesados por el r El proceso hace una pregunta simple pero audaz:¿De dónde viene el material que forma nuestro sistema solar, nuestra tierra, y nosotros realmente venimos?
Los dos grupos han adoptado enfoques opuestos para encontrar una respuesta. Uno se dirige al laboratorio para buscar "astrómeros, "mientras que el otro mira a las estrellas para comparar elementos pesados.
Los astrómeros son isómeros astrofísicamente metaestables:estados excitados de núcleos atómicos que duran inusualmente largos incluso en las partes más calientes del espacio. Pueden reaccionar y descomponerse de manera diferente al estado fundamental correspondiente, lo que significa que pueden tener un papel especial que desempeñar en los procesos que crean los elementos que encontramos en nuestro sistema solar.
"La influencia de los isómeros se ha estudiado solo en un pequeño número de casos, pero nuestro trabajo teórico muestra que sus efectos probablemente sean de amplio alcance y profundos, con consecuencias sobre los observables astrofísicos y las composiciones elementales aquí en casa en la Tierra, "dijo G. Wendell Misch, Becaria postdoctoral en el Laboratorio Nacional de Los Alamos, que ofrece una descripción general de las últimas investigaciones sobre astrómeros en la reunión.
Por ejemplo, Los astrómeros podrían afectar el proceso r que produce elementos pesados. Misch colabora con el científico Matthew Mumpower, también en Los Alamos, así como el científico Kay Kolos del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore y un equipo de investigadores del Laboratorio Nacional Argonne, con el objetivo de medir las energías aún desconocidas de estos astrómeros potencialmente influyentes.
Para registrar la diferencia de energía entre el estado fundamental y el estado isomérico de los núcleos clave en descomposición, el equipo utiliza la trampa canadiense Penning Trap en el Laboratorio Nacional Argonne. Este dispositivo captura iones radioactivos producidos a partir de fuentes de mejora de criadores de isótopos raros de California (CARIBU) y permite esas mediciones de diferencia de energía.
Ilustración de cómo los elementos pesados que se encuentran en las estrellas hoy en día se utilizan como "reglas" para determinar los tamaños de las estrellas de neutrones que se fusionaron en el pasado y que formaron esos elementos. Crédito:Erika M. Holmbeck / STScI
En la reunión, Kolos presentará hallazgos experimentales preliminares que retroalimentan el trabajo teórico de Misch.
"Con nuestros resultados, los teóricos podrán calcular el r -procesar la nucleosíntesis con mayor precisión. Estas mediciones ayudarán a aclarar qué sucede con las poblaciones de astrómeros en el entorno de enfriamiento rápido después de que finaliza el proceso r. "dijo Kolos.
Mientras tanto, otro grupo emprende un inusual, Una dirección completamente nueva para revelar la historia del origen de nuestros elementos más pesados:comparar su producción con lo que se encuentra en las estrellas.
"La forma más densa de materia luminosa del universo existe en las estrellas de neutrones:el punto de parada final en la vida de ciertas estrellas mucho más masivas que el sol, "dijo Erika Holmbeck, Miembro del Hubble de la NASA en los Observatorios Carnegie.
Holmbeck y sus colaboradores observaron elementos pesados simulando su producción en estrellas de neutrones y también observando esos elementos en otras estrellas. De estas articulaciones r -estudios de procesos, desarrollaron una nueva ecuación de estado que describe las estrellas de neutrones.
Sus resultados preliminares, que Holmbeck presentará en la reunión, están de acuerdo tanto con las predicciones teóricas como con las mediciones que sondean las propias estrellas de neutrones con el telescopio NICER de la NASA.
Concepción artística de un evento astrofísico, como una fusión de estrellas de neutrones, eso crearía astrómeros. Diferentes astrómeros pueden producir luz de longitudes de onda características que permiten a los astrónomos identificar elementos únicos producidos en el evento. Crédito:Matthew Mumpower
"Aunque este enfoque es drásticamente diferente de otros métodos, sorprendentemente encontramos concordancia tanto con las mediciones de NICER como con los cálculos teóricos sobre la estructura de estas estrellas exóticas. Los resultados también explican simultáneamente el origen de los elementos más pesados que se encuentran en nuestro sistema solar, —dijo Holmbeck.
