Na reunião de outono de 2021 da Divisão de Física Nuclear APS, dois grupos de pesquisa independentes irão revelar novas medições com o objetivo de explicar o nascimento de metade dos elementos do universo.

O estudo da nucleossíntese de elementos pesados ​​pela r processo faz uma pergunta simples, mas ousada:Onde está o material que compõe nosso sistema solar, nossa terra, e nós realmente viemos?

Os dois grupos adotaram abordagens opostas para encontrar uma resposta. Um dirige-se ao laboratório para caçar "astrômeros, "enquanto o outro olha para as estrelas para comparar elementos pesados.

Astrômeros são isômeros astrofisicamente metaestáveis:estados excitados de núcleos atômicos que duram muito tempo até mesmo nas partes mais quentes do espaço. Eles podem reagir e decair de maneira diferente do estado fundamental correspondente - o que significa que podem ter um papel especial a desempenhar nos processos que criam os elementos que encontramos em nosso sistema solar.

"A influência dos isômeros foi estudada apenas em um pequeno número de casos, mas nosso trabalho teórico está mostrando que seus efeitos são provavelmente de amplo alcance e profundos, com consequências em observáveis ​​astrofísicos e composições elementares aqui em casa na Terra, "disse G. Wendell Misch, Pós-doutorado no Laboratório Nacional de Los Alamos, que dá uma visão geral das pesquisas mais recentes sobre astrômeros na reunião.

Por exemplo, astrômeros podem afetar o processo r que produz elementos pesados. Misch colabora com o cientista Matthew Mumpower, também em Los Alamos, bem como o cientista Kay Kolos do Lawrence Livermore National Laboratory e uma equipe de pesquisadores do Argonne National Laboratory, com o objetivo de medir as energias ainda desconhecidas desses astrômeros potencialmente influentes.

Para registrar a diferença de energia entre o estado fundamental e o estado isomérico dos principais núcleos em decomposição, a equipe usa a Canadian Penning Trap no Argonne National Laboratory. Este dispositivo captura íons radioativos produzidos a partir de fontes Californium Rare Isotope Breeder Upgrade (CARIBU) e permite essas medições de diferença de energia.

Na reunião, Kolos apresentará descobertas experimentais preliminares que retroalimentam o trabalho teórico de Misch.

"Com nossos resultados, os teóricos serão capazes de calcular o r -processar a nucleossíntese para uma melhor precisão. Essas medições ajudarão a esclarecer o que acontece com as populações de astrômeros no ambiente de resfriamento rápido após o término do processo r, "disse Kolos.

Enquanto isso, outro grupo empreende um trabalho incomum, direção completamente nova para revelar a história de origem de nossos elementos mais pesados:comparando sua produção com o que é encontrado nas estrelas.

"A forma mais densa de matéria luminosa do universo existe nas estrelas de nêutrons:o ponto de parada final na vida de certas estrelas muito mais massivas do que o sol, "disse Erika Holmbeck, NASA Hubble Fellow no Carnegie Observatories.

Holmbeck e colaboradores analisaram elementos pesados ​​simulando sua produção em estrelas de nêutrons e também observando esses elementos em outras estrelas. Dessas juntas r - estudos de processo, eles desenvolveram uma nova equação de estado que descreve estrelas de nêutrons.

Seus resultados preliminares, que Holmbeck apresentará na reunião, concordam tanto com as previsões teóricas quanto com as medições que sondam as próprias estrelas de nêutrons pelo telescópio NICER da NASA.

"Embora essa abordagem seja drasticamente diferente de outros métodos, surpreendentemente, encontramos concordância tanto com as medições NICER quanto com os cálculos da teoria sobre a estrutura dessas estrelas exóticas. Os resultados também explicam simultaneamente a origem dos elementos mais pesados ​​encontrados em nosso sistema solar, "disse Holmbeck.