Uma nova medição de quão rapidamente as estrelas criam carbono pode desencadear uma grande mudança em nossa compreensão de como as estrelas evoluem e morrem, como os elementos são criados, e até mesmo a origem e abundância dos blocos de construção da vida.

Físicos da Australian National University e da University of Oslo reproduziram como as estrelas produzem carbono por meio de uma parceria passageira de átomos de hélio conhecida como estado de Hoyle em duas medições separadas. Eles descobriram que o carbono - o alicerce da vida - é produzido 34% mais rápido do que se pensava anteriormente.

"É um resultado realmente surpreendente, com profundas implicações na astrofísica, "disse o Professor Associado Tibor Kibédi, um dos principais pesquisadores do Departamento de Física Nuclear da ANU.

O experimento de Oslo foi relatado em Cartas de revisão física , e os resultados da ANU foram publicados em Revisão Física C .

As estrelas produzem carbono por meio do processo triplo alfa, onde três partículas alfa (núcleos de hélio) colidem e se fundem em uma pequena fração de segundo. Esse processo é tão improvável que por muitos anos os astrofísicos ficaram sem saber como explicar como o carbono e os elementos mais pesados ​​poderiam ser criados no universo.

Em 1953, o renomado astrônomo Sir Fred Hoyle sugeriu uma solução para o enigma:um estado previamente desconhecido de carbono excitado, muito perto da energia do processo alfa triplo. Este estado animado, agora conhecido como o estado Hoyle, e atuaria como um trampolim para a produção de carbono estável.

Isso, por sua vez, abre caminho para novas reações de fusão, permitindo que as estrelas façam os elementos mais pesados ​​do oxigênio ao ferro e além.

O carbono e outros elementos formados dentro das estrelas eventualmente se tornam a poeira e o gás a partir dos quais os planetas são formados. Aqui na Terra, a química do carbono é a base da vida.

"É um dos milagres do mundo material, "Kibédi disse." Simplificando, se o estado Hoyle não existisse, nem nós! "

Mesmo com a ajuda do estado de Hoyle, a formação de carbono estável ainda é muito improvável.

"Para cada 2500 núcleos do estado de Hoyle produzidos, "explicou Kibédi, "apenas um faz a transição para o carbono estável. O resto se desintegra."

Medir diretamente a taxa de produção de carbono é muito difícil. Em vez de, os físicos o calculam indiretamente a partir de observações de duas transições de estado de Hoyle diferentes.

Para medir a primeira transição, Kibédi e sua equipe no Heavy Ion Accelerator Facility (HIAF) da ANU dispararam um feixe de prótons em uma folha extremamente fina de carbono para formar os núcleos do estado de Hoyle. Uma minúscula fração da transição dos núcleos excitados de volta ao carbono estável, emitindo um par elétron-pósitron, que a equipe detectou com o espectrômetro de pares SUPER-E do HIAF.

Ao mesmo tempo, Kibédi e sua equipe trabalharam com pesquisadores do Laboratório de Ciclotron da Universidade de Oslo para medir a segunda transição, em que o estado de Hoyle emite um fóton. Eles observaram seis bilhões de reações de estado de Hoyle, dos quais apenas 200 decaíram por meio do decaimento de fótons.

Combinando os resultados ANU e Oslo, a equipe calculou a taxa de produção de carbono, sua primeira grande atualização em 40 anos. Eles descobriram que era mais de um terço maior do que se pensava, uma enorme mudança para uma quantidade astrofísica tão crítica.

"Foi realmente inesperado, "disse Kibédi." Ninguém olhou para esta medição em particular desde 1976. Todos presumiram que fosse bem conhecido. "

De acordo com a Dra. Meridith Joyce da Escola de Pesquisa de Astronomia e Astrofísica da ANU, uma mudança tão grande seria um grande evento para astrofísicos estelares.

"Um aumento na taxa de produção de carbono como este teria um grande impacto em muitos de nossos modelos, "Joyce disse.

"Isso afetaria nossa compreensão de como as estrelas mudam ao longo do tempo, como eles produzem elementos mais pesados ​​que o carbono, como medimos a idade das estrelas e quanto tempo duram, com que frequência esperamos ver explosões de supernovas, mesmo que deixem para trás estrelas de nêutrons ou buracos negros. "

Com tantos fenômenos astronômicos contando com a medição, um ajuste tão grande ao valor previamente aceito atrairá muito escrutínio. Kibédi está otimista de que mais experimentos consolidarão seus resultados, incluindo trabalho adicional no HIAF.

"É importante que mais experimentos sejam feitos para resolver isso, "disse ele." O experimento de Oslo está sendo repetido, e a análise preliminar parece apoiar nossas descobertas. "

"Nosso plano original aqui na ANU era observar a decadência de ambas as transições de estado de Hoyle em um único experimento pela primeira vez. Ainda estou esperançoso de que possamos fazer isso."