Uma equipe de pesquisadores internacionais voltou a  formação do sistema solar há4,6 bilhaµes de anos para obter novos insights sobre a origem ca³smica dos elementos mais pesados ​​da tabela peria³dica.

Liderado por cientistas que colaboram como parte da Rede Internacional de Pesquisa para Astrofísica Nuclear (IReNA) (irenaweb.org) e do Instituto Conjunto de Astrofísica Nuclear - Centro para a Evolução dos Elementos (JINA-CEE) (jinaweb.org), o estudo foi publicado na última edição da revista Science .

Elementos pesados ​​que encontramos em nossa vida cotidiana, como ferro e prata, não existiam no ini­cio do universo, 13,7 bilhaµes de anos atrás. Eles foram criados no tempo por meio de reações nucleares chamadas de nucleossa­ntese, que combinavam a¡tomos. Em particular, iodo, ouro, platina, ura¢nio, pluta´nio e caºrio, alguns dos elementos mais pesados, foram criados por um tipo especa­fico de nucleossa­ntese denominado processo de captura rápida de naªutrons , ou processo r.

A questãode quais eventos astrona´micos podem produzir os elementos mais pesados ​​éum mistério hádécadas. Hoje, acredita-se que o processo r pode ocorrer durante colisaµes violentas entre duas estrelas de naªutrons, entre uma estrela de naªutrons e um buraco negro, ou durante explosaµes raras após a morte de estrelas massivas. Esses eventos altamente energanãticos ocorrem muito raramente no universo. Quando isso acontece, os naªutrons são incorporados ao núcleo dos a¡tomos e depois convertidos em pra³tons. Como os elementos da tabela peria³dica são definidos pelo número de pra³tons em seus núcleos, o processo r cria núcleos mais pesados ​​a  medida que mais naªutrons são capturados.

Alguns dos núcleos produzidos pelo processo r são radioativos e levam milhões de anos para se decompor em núcleos esta¡veis. Iodo-129 e caºrio-247 são dois desses núcleos que foram produzidos antes da formação do sol. Eles foram incorporados em sãolidos que eventualmente caa­ram nasuperfÍcie da Terra como meteoritos. Dentro desses meteoritos, o decaimento radioativo gerou um excesso de núcleos esta¡veis. Hoje, esse excesso pode ser medido em laboratórios para calcular a quantidade de iodo-129 e caºrio-247 que estavam presentes no sistema solar pouco antes de sua formação.

Por que esses dois núcleos de processo r são tão especiais? Eles tem uma propriedade peculiar em comum: decaem quase exatamente na mesma taxa. Em outras palavras, a proporção entre o iodo-129 e o caºrio-247 não mudou desde sua criação, bilhaµes de anos atrás.

 

"Esta éuma coincidaªncia incra­vel, especialmente considerando que esses núcleos são dois de apenas cinco núcleos de processo r radioativo que podem ser medidos em meteoritos", diz Benoit Co? Te? do Observatório Konkoly, o lider do estudo. "Com a proporção de iodo-129 para caºrio-247 congelada no tempo, como um fa³ssil pré-histórico, podemos ter uma visão direta da última onda de produção de elementos pesados ​​que construiu a composição do sistema solar, e tudo dentro dele. "

O iodo, com seus 53 pra³tons, émais facilmente criado do que o caºrio com seus 96 pra³tons. Isso ocorre porque são necessa¡rias mais reações de captura de naªutrons para atingir o maior número de pra³tons do caºrio. Como consequaªncia, a proporção de iodo-129 para caºrio-247 depende muito da quantidade de naªutrons que estavam disponí­veis durante sua criação.

A equipe calculou as relações de iodo-129 para caºrio-247 sintetizadas por colisaµes entre estrelas de naªutrons e buracos negros para encontrar o conjunto certo de condições que reproduzem a composição dos meteoritos. Eles conclua­ram que a quantidade de naªutrons disponí­veis durante o último evento do processo r antes do nascimento do sistema solar não poderia ser muito alta. Caso contra¡rio, muito caºrio teria sido criado em relação ao iodo. Isso implica que fontes muito ricas em naªutrons, como a matéria arrancada dasuperfÍcie de uma estrela de naªutrons durante uma colisão, provavelmente não desempenharam um papel importante.

Então, o que criou esses núcleos de processo r ? Embora os pesquisadores pudessem fornecer informações novas e perspicazes sobre como eles foram feitos, eles não puderam determinar a natureza do objeto astrona´mico que os criou. Isso ocorre porque os modelos de nucleossa­ntese são baseados em propriedades nucleares incertas, e ainda não estãoclaro como vincular a disponibilidade de naªutrons a objetos astrona´micos específicos, como explosaµes massivas de estrelas e estrelas de naªutrons em colisão .

"Mas a capacidade da proporção de iodo-129 para caºrio-247 de examinar mais diretamente a natureza fundamental da nucleossa­ntese de elementos pesados ​​éuma perspectiva empolgante para o futuro", disse Nicole Vassh, da Universidade de Notre Dame, coautora do estudo.

Com essa nova ferramenta de diagnóstico, os avanços na fidelidade das simulações astrofa­sicas e no entendimento das propriedades nucleares podem revelar quais objetos astrona´micos criaram os elementos mais pesados ​​do sistema solar.

“Estudos como este são são possa­veis quando vocêreaºne uma equipe multidisciplinar, onde cada colaborador contribui com uma pea§a distinta do quebra-cabea§a. O encontro JINA-CEE 2019 Fronteiras proporcionou o ambiente ideal para formalizar a colaboração que levou ao resultado atual”, afirmou. Ca´tédisse.