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    Surpresa de supernova cria mistério elementar

    Cassiopeia A é um remanescente de supernova na constelação de Cassiopeia. Crédito:NASA / CXC / SAO

    Pesquisadores da Michigan State University (MSU) descobriram que uma das reações mais importantes do universo pode obter um impulso enorme e inesperado dentro de estrelas em explosão conhecidas como supernovas.

    Essa descoberta também desafia as idéias por trás de como alguns dos elementos pesados ​​da Terra são feitos. Em particular, ele vira uma teoria que explica as quantidades incomumente altas de algumas formas do planeta, ou isótopos, dos elementos rutênio e molibdênio.

    "É surpreendente, "disse Luke Roberts, professor assistente na Facility for Rare Isotope Beams, FRIB, e o Departamento de Física e Astronomia, na MSU. Roberts implementou o código de computador que a equipe usou para modelar o ambiente dentro de uma supernova. "Nós certamente passamos muito tempo nos certificando de que os resultados estavam corretos."

    Os resultados, publicado online em 2 de dezembro na revista Natureza , mostram que as regiões mais internas das supernovas podem forjar átomos de carbono mais de 10 vezes mais rápido do que se pensava anteriormente. Essa criação de carbono acontece por meio de uma reação conhecida como processo triplo-alfa.

    "A reação triplo-alfa é, de muitas maneiras, a reação mais importante. Ele define nossa existência, "disse Hendrik Schatz, um dos colaboradores de Roberts. Schatz é um distinto professor universitário no Departamento de Física e Astronomia e na Facility for Rare Isotope Beams e diretor do Joint Institute for Nuclear Astrophysics - Center for the Evolution of the Elements, ou JINA-CEE.

    Quase todos os átomos que constituem a Terra e tudo nela, pessoas incluídas, foram forjados nas estrelas. Os fãs do falecido autor e cientista Carl Sagan podem se lembrar de sua famosa citação, "Somos todos feitos de estrelas." Talvez nenhuma estrela seja mais importante para a vida na Terra do que o carbono produzido no cosmos pelo processo triplo-alfa.

    O processo começa com partículas alfa, que são os núcleos dos átomos de hélio, ou núcleos. Cada partícula alfa é composta de dois prótons e dois nêutrons.

    No processo triplo alfa, estrelas fundem três partículas alfa, criando uma nova partícula com seis prótons e seis nêutrons. Esta é a forma de carbono mais comum do universo. Existem outros isótopos feitos por outros processos nucleares, mas esses constituem pouco mais de 1% dos átomos de carbono da Terra.

    Ainda, fundir três partículas alfa é geralmente um processo ineficiente, Roberts disse, a menos que haja algo ajudando. A equipe Spartan revelou que as regiões mais internas das supernovas podem ter ajudantes flutuando:o excesso de prótons. Assim, uma supernova rica em prótons pode acelerar a reação triplo-alfa.

    Mas acelerar a reação triplo-alfa também freia a capacidade da supernova de fazer elementos mais pesados ​​na tabela periódica, Roberts disse. Isso é importante porque os cientistas há muito acreditam que as supernovas ricas em prótons criaram a surpreendente abundância de certos isótopos de rutênio e molibdênio na Terra, que contêm cerca de 100 prótons e nêutrons.

    No processo triplo alfa, estrelas fundem três núcleos de hélio, também chamadas de partículas alfa juntas (à esquerda) para criar um único átomo de carbono com um excedente de energia, conhecido como estado de Hoyle. Esse estado de Hoyle pode se dividir novamente em três partículas alfa ou relaxar para o estado fundamental de carbono estável, liberando alguns raios gama (centro). Dentro das supernovas, Contudo, a criação de carbono estável pode ser aumentada com a ajuda de prótons extras (direita). Crédito:Instalação para feixes de isótopos raros

    "Você não faz esses isótopos em outros lugares, "Roberts disse.

    Mas com base no novo estudo, você provavelmente não os faz em supernovas ricas em prótons, qualquer.

    "O que acho fascinante é que agora você tem que pensar em outra maneira de explicar a existência deles. Eles não deveriam estar aqui com essa abundância, Schatz disse sobre os isótopos. "Não é fácil encontrar alternativas."

    "É meio chato de certa forma, "disse o criador do projeto, Sam Austin, um distinto professor emérito da MSU e ex-diretor do Laboratório Nacional de Ciclotron Supercondutor, Predecessor do FRIB. "Nós pensamos que sabíamos disso, mas não sabemos bem o suficiente. "

    Existem outras ideias por aí, os pesquisadores acrescentaram, mas nenhum que os cientistas nucleares considerem completamente satisfatório. Também, nenhuma teoria existente inclui esta nova descoberta ainda.

    "O que quer que venha a seguir, você deve considerar os efeitos de uma reação acelerada triplo-alfa. É um quebra-cabeça interessante, "Schatz disse.

    Embora a equipe não tenha soluções imediatas para esse quebra-cabeça, os pesquisadores disseram que terá impacto sobre os próximos experimentos na FRIB, na MSU, que foi recentemente designada como uma instalação de usuário do Departamento de Energia do Departamento de Ciências dos EUA (DOE-SC).

    Além disso, MSU fornece um terreno fértil para novas teorias germinarem. É o lar do programa de pós-graduação mais bem classificado do país para o treinamento da próxima geração de físicos nucleares. É também uma instituição central da JINA que está promovendo colaborações entre física nuclear e astrofísica como esta, que também incluiu Shilun Jin. Jin trabalhou no projeto como um pós-doutorado MSU e, desde então, ingressou na Academia Chinesa de Ciências.

    Então, embora Austin tenha expressado um pequeno desapontamento com o fato de que este resultado contradiz noções de longa data de criação de elementos, ele também sabe que vai alimentar novas ciências e uma melhor compreensão do universo.

    "O progresso vem quando há uma contradição, " ele disse.

    "Amamos o progresso, "Schatz disse." Mesmo quando está destruindo nossa teoria favorita.


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