A configuração experimental. Crédito:colaboração n_TOF O cério é um metal de terras raras que possui inúmeras aplicações tecnológicas, por exemplo, em alguns tipos de lâmpadas e TVs de tela plana. Embora o elemento seja raro na crosta terrestre, é um pouco mais abundante no universo. No entanto, muito se sabe sobre como ele é sintetizado nas estrelas.
Agora, em um novo estudo publicado na Physical Review Letters , a colaboração n_TOF no CERN investiga como o cério é produzido nas estrelas. Os resultados divergem do esperado pela teoria, indicando a necessidade de revisão dos mecanismos que se acredita serem responsáveis pela produção de cério – e de outros elementos mais pesados – no universo.
“A medição que realizámos permitiu-nos identificar ressonâncias nucleares nunca antes observadas na gama de energia envolvida na produção de cério nas estrelas,” explica Simone Amaducci dos Southern National Laboratories do INFN e primeiro autor do estudo. "Isso se deve à resolução de altíssima energia do aparato experimental do CERN e à disponibilidade de uma amostra muito pura de cério 140."
A abundância de elementos mais pesados que o ferro observados nas estrelas (como estanho, prata, ouro e chumbo) pode ser reproduzida matematicamente pela hipótese da existência de dois processos de captura de nêutrons:o processo lento (s) e o processo rápido (r).
O processo s corresponde a um fluxo de nêutrons de 10 milhões de nêutrons por centímetro cúbico, enquanto o processo r tem um fluxo de mais de um milhão de bilhões de bilhões de nêutrons por centímetro cúbico. Teoriza-se que o processo produz cerca de metade dos elementos mais pesados que o ferro no universo, incluindo o cério.
A instalação Neutron Time-of-Flight (n_TOF) do CERN foi projetada para estudar interações de nêutrons, como aquelas que ocorrem em estrelas. Neste estudo, os cientistas usaram a instalação para medir a reação nuclear do isótopo cério 140 com um nêutron para produzir o isótopo 141.
De acordo com modelos teóricos sofisticados, esta reação específica desempenha um papel crucial na síntese de elementos pesados nas estrelas. Especificamente, os cientistas analisaram a secção transversal da reação:a quantidade física que expressa a probabilidade de ocorrência de uma reação. Os cientistas mediram a seção transversal em uma ampla faixa de energias com uma precisão 5% maior que as medições anteriores.
Os resultados abrem novas questões sobre a composição química do universo. “O que nos intrigou no início foi uma discrepância entre os modelos estelares teóricos e os dados observacionais de cério nas estrelas do aglomerado globular M22 na constelação de Sagitário”, explica Sergio Cristallo do Observatório Astronômico de Abruzzo do INAF, que propôs o experimento.
“Os novos dados nucleares diferem significativamente, até 40%, dos dados presentes nas bases de dados nucleares actualmente utilizadas, definitivamente para além da incerteza estimada.”
Estes resultados têm implicações astrofísicas notáveis, sugerindo uma redução de 20% na contribuição do processo s para a abundância de cério no universo. Isto significa que é necessária uma mudança de paradigma na teoria da nucleossíntese de cério:outros processos físicos que não estão actualmente incluídos precisariam de ser considerados nos cálculos da evolução estelar.
Além disso, os novos dados têm um impacto significativo na compreensão dos cientistas sobre a evolução química das galáxias, o que também afecta a produção de elementos mais pesados no Universo.
