O processo rápido de captura de nêutrons, ou o chamado processo r, ocorre em ambientes ricos em nêutrons, como fusões de estrelas de nêutrons ou certos tipos de supernovas. Acredita-se que esse processo produza muitos dos elementos químicos mais pesados que o ferro, mas os detalhes são pouco compreendidos e não podem ser estudados em laboratório. Em uma nova pesquisa, o físico teórico do Laboratório Nacional de Los Alamos, Matthew Mumpower, e seus colegas analisaram abundâncias de elementos do processo r previamente observadas em estrelas. Eles identificaram abundâncias excessivas correlacionadas de certos elementos em algumas estrelas, o que é consistente com o fato de esses elementos serem produtos de fissão de elementos ainda mais pesados. Estes resultados indicam que alguns eventos do processo r tornam os elementos mais pesados que o urânio, que depois decaem nos elementos observados nas estrelas.
A fusão de duas estrelas de nêutrons está entre os principais locais candidatos para a síntese dos elementos mais pesados da tabela periódica através do processo r. Crédito da imagem: Matthew Mumpower, Laboratório Nacional de Los Alamos.
“As pessoas pensavam que a fissão estava a acontecer no cosmos, mas até à data ninguém foi capaz de provar isso”, disse o Dr.
“Usando as observações mais recentes, encontramos uma correlação entre metais leves de precisão, como a prata, e núcleos de terras raras, como o európio.”
“Quando um desses grupos de elementos aumenta, os elementos correspondentes do outro grupo também aumentam – a correlação é positiva.”
Os astrofísicos há muito acreditam que elementos pesados além do ferro foram formados em explosões estelares chamadas supernovas ou quando duas estrelas de nêutrons se fundiram.
Como o nome indica, estes últimos são compostos em grande parte por nêutrons, que juntamente com os prótons formam os núcleos de todos os átomos.
Através do processo r, os núcleos atômicos capturam nêutrons para formar elementos mais pesados. Se alguns se tornam demasiado pesados para se manterem unidos e se dividirem, ou se se fissionam, formando dois átomos de elementos mais leves mas ainda pesados (e libertando uma energia tremenda), permaneceu um mistério durante meio século.
Em 2020, o Dr. Mumpower e coautores previram pela primeira vez as distribuições de fragmentos de fissão para núcleos do processo r.
Um estudo subsequente previu a coprodução de metais leves de precisão e núcleos de terras raras.
Esta coprodução de elementos como rutênio, ródio, paládio e prata, e aqueles como európio, gadolínio, disprósio e hólmio, pode ser testada comparando a previsão com abundâncias elementares em uma coleção de estrelas.
Na nova pesquisa, os autores analisaram dados observacionais de 42 estrelas e encontraram precisamente a correlação prevista.
O padrão fornece uma assinatura clara de fissão criando esses elementos e um padrão semelhante de elementos ligeiramente mais pesados e superiores na tabela periódica.
Os resultados também indicam que podem existir elementos com massa atómica de 260 – mais pesados do que os indicados no topo da tabela periódica.
“A correlação é muito robusta em estrelas melhoradas pelo processo r, onde temos dados suficientes”, disse o Dr.
“Cada vez que a natureza produz um átomo de prata, ela também produz núcleos de terras raras mais pesados. A composição desses grupos de elementos está em sintonia.”
“Mostramos que apenas um mecanismo pode ser responsável – a fissão – e as pessoas vêm quebrando a cabeça sobre isso desde a década de 1950.”
As equipes papel aparece no diário Ciência.
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Ian U. Roederer e outros. 2023. Padrões de abundância de elementos em estrelas indicam fissão de núcleos mais pesados que o urânio. Ciência 382 (6675): 1177-1180; doi: 10.1126/science.adf1341
