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 início do Universo, 13,7 bilhões de anos atrás. Eles foram criados no tempo por meio de reações nucleares chamadas de nucleossíntese, que combinavam átomos. Em particular, iodo, ouro, platina, urânio, plutônio e cúrio, alguns dos elementos mais pesados, foram criados por um tipo específico de nucleossíntese denominado processo de captura rápida de nêutrons , ou processo r.
A questão de quais eventos astronômicos podem produzir os elementos mais pesados é um mistério há décadas. Hoje, acredita-se que o processo r pode ocorrer durante colisões violentas entre duas estrelas de nêutrons, entre uma estrela de nêutrons e um buraco negro, ou durante explosões raras após a morte de estrelas massivas. Esses eventos altamente energéticos ocorrem muito raramente no universo. Quando isso acontece, os nêutrons são incorporados ao núcleo dos átomos e depois convertidos em prótons. Como os elementos da tabela periódica são definidos pelo número de prótons em seus núcleos, o processo r cria núcleos mais pesados à medida que mais nêutrons são capturados.
Alguns dos núcleos produzidos pelo processo r são radioativos e levam milhões de anos para se decompor em núcleos estáveis. Iodo-129 e cúrio-247 são dois desses núcleos que foram produzidos antes da formação do Sol. Eles foram incorporados em sólidos que eventualmente caíram na superfície da Terra como meteoritos. Dentro desses meteoritos, o decaimento radioativo gerou um excesso de núcleos estáveis. Hoje, esse excesso pode ser medido em laboratórios para calcular a quantidade de iodo-129 e cúrio-247 que estavam presentes no sistema solar pouco antes de sua formação.
Por que esses dois núcleos de processo r são tão especiais? Eles têm uma propriedade peculiar em comum: decaem quase exatamente na mesma taxa. Em outras palavras, a proporção entre o iodo-129 e o cúrio-247 não mudou desde sua criação, bilhões de anos atrás.
"Esta é uma coincidência incrível, 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 líder do estudo. "Com a proporção de iodo-129 para cúrio-247 congelada no tempo, como um fóssil 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 prótons, é mais facilmente criado do que o cúrio com seus 96 prótons. Isso ocorre porque são necessárias mais reações de captura de nêutrons para atingir o maior número de prótons do cúrio. Como consequência, a proporção de iodo-129 para cúrio-247 depende muito da quantidade de nêutrons que estavam disponíveis durante sua criação.
A equipe calculou as relações de iodo-129 para cúrio-247 sintetizadas por colisões entre estrelas de nêutrons e buracos negros para encontrar o conjunto certo de condições que reproduzem a composição dos meteoritos. Eles concluíram que a quantidade de nêutrons disponíveis durante o último evento do processo r antes do nascimento do sistema solar não poderia ser muito alta. Caso contrário, muito cúrio teria sido criado em relação ao iodo. Isso implica que fontes muito ricas em nêutrons, como a matéria arrancada da superfície de uma estrela de nêutrons 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 astronômico que os criou. Isso ocorre porque os modelos de nucleossíntese são baseados em propriedades nucleares incertas, e ainda não está claro como vincular a disponibilidade de nêutrons a objetos astronômicos específicos, como explosões massivas de estrelas e estrelas de nêutrons em colisão .
"Mas a capacidade da proporção de iodo-129 para cúrio-247 de examinar mais diretamente a natureza fundamental da nucleossíntese de elementos pesados é uma perspectiva empolgante para o futuro", disse Nicole Vassh, da Universidade de Notre Dame, co-autora do estudo.
Com essa nova ferramenta de diagnóstico, os avanços na fidelidade das simulações astrofísicas e no entendimento das propriedades nucleares podem revelar quais objetos astronômicos criaram os elementos mais pesados do Sistema Solar.
“Estudos como este só são possíveis quando você reúne uma equipe multidisciplinar, onde cada colaborador contribui com uma peça distinta do quebra-cabeça. O encontro JINA-CEE 2019 Fronteiras proporcionou o ambiente ideal para formalizar a colaboração que levou ao resultado atual”, afirmou. Côté disse.
