Ahora, en un nuevo estudio publicado en Physical Review Letters , la colaboración n_TOF del CERN investiga cómo se produce el cerio en las estrellas. Los resultados difieren de lo que se esperaba de la teoría, lo que indica la necesidad de revisar los mecanismos que se cree son responsables de la producción de cerio (y otros elementos más pesados) en el universo.

"La medición que llevamos a cabo nos permitió identificar resonancias nucleares nunca antes observadas en el rango de energía involucrado en la producción de cerio en las estrellas", explica Simone Amaducci de los Laboratorios Nacionales del Sur del INFN y primer autor del estudio. "Esto se debe a la resolución de muy alta energía del aparato experimental del CERN y a la disponibilidad de una muestra muy pura de cerio 140."

La abundancia de elementos más pesados ​​que el hierro observada en las estrellas (como el estaño, la plata, el oro y el plomo) puede reproducirse matemáticamente planteando la hipótesis de la existencia de dos procesos de captura de neutrones:el proceso lento (s) y el proceso rápido (r).

El proceso s corresponde a un flujo de neutrones de 10 millones de neutrones por centímetro cúbico, mientras que el proceso r tiene un flujo de más de un millón de billones de billones de neutrones por centímetro cúbico. Se teoriza que el proceso produce aproximadamente la mitad de los elementos más pesados ​​que el hierro en el universo, incluido el cerio.

La instalación de tiempo de vuelo de neutrones (n_TOF) del CERN está diseñada para estudiar las interacciones de neutrones, como las que ocurren en las estrellas. En este estudio, los científicos utilizaron la instalación para medir la reacción nuclear del isótopo de cerio 140 con un neutrón para producir el isótopo 141.

Según modelos teóricos sofisticados, esta reacción particular desempeña un papel crucial en la síntesis de elementos pesados ​​en las estrellas. Específicamente, los científicos observaron la sección transversal de la reacción:la cantidad física que expresa la probabilidad de que ocurra una reacción. Los científicos midieron la sección transversal en una amplia gama de energías con una precisión un 5% mayor que las mediciones anteriores.

Los resultados abren nuevas preguntas sobre la composición química del universo. "Lo que nos intrigó al principio fue una discrepancia entre los modelos estelares teóricos y los datos de observación del cerio en las estrellas del cúmulo globular M22 en la constelación de Sagitario", explica Sergio Cristallo del Observatorio Astronómico de Abruzzo del INAF, quien propuso el experimento.

"Los nuevos datos nucleares difieren significativamente, hasta un 40%, de los datos presentes en las bases de datos nucleares utilizadas actualmente, definitivamente más allá de la incertidumbre estimada."

Estos resultados tienen implicaciones astrofísicas notables, ya que sugieren una reducción del 20% en la contribución del proceso s a la abundancia de cerio en el universo. Esto significa que se requiere un cambio de paradigma en la teoría de la nucleosíntesis del cerio:otros procesos físicos que actualmente no están incluidos deberían considerarse en los cálculos de la evolución estelar.

Además, los nuevos datos tienen un impacto significativo en la comprensión de los científicos sobre la evolución química de las galaxias, que también afecta la producción de elementos más pesados ​​en el universo.