Esta imagem do Telescópio Espacial Hubble mostra um remanescente de supernova que se acredita ter criado um magnetar. Crédito: NASA/JPL/Hubble Heritage Team (STScI/AURA)
Os cientistas propuseram um novo processo de nucleossíntese, o processo νr, que pode explicar a origem de isótopos raros no sistema solar.
Um novo processo de nucleossíntese denominado processo νr foi sugerido por cientistas. Opera quando material rico em nêutrons é exposto a um alto fluxo de neutrinos. A proposta teórica, recentemente publicada em Cartas de revisão física por pesquisadores do GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung, da Technische Universität Darmstadt e do Instituto Max Planck de Astrofísica, pode ser a solução para um problema de longa data relacionado à produção de um grupo de isótopos raros presentes no sistema solar, mas cuja origem ainda é mal compreendidos, os chamados núcleos p.
Nucleossíntese em estrelas
Os processos de fusão que operam em estrelas massivas produzem núcleos até ferro e níquel. Além deles, a maioria dos núcleos pesados estáveis, como chumbo e ouro, são produzidos através de processos lentos ou rápidos de captura de nêutrons. Para a produção dos demais, deficientes em nêutrons, foram sugeridos diversos processos de nucleossíntese. No entanto, continua a ser um desafio explicar a grande abundância de 92,94Mo, 96,98Ru, e 92Nb no sistema solar (inicial).
Mecanismo do Processo νr
O processo νr permite a produção simultânea de todos esses núcleos porque os neutrinos catalisam uma série de reações de captura. O processo funciona assim: o processo νr opera em fluxos ricos em nêutrons em explosões astrofísicas que inicialmente, quando as temperaturas são altas, consistem em nêutrons e núcleos localizados em torno de ferro e níquel. À medida que a temperatura do material diminui, núcleos mais pesados são produzidos a partir de núcleos mais leves por uma sequência de capturas de nêutrons e processos de interação fraca.
Porém, diferente do processo rápido de captura de nêutrons, em que as reações fracas são decaimentos beta, para o processo νr são reações de absorção de neutrinos. Uma vez esgotados os nêutrons livres, outras reações de absorção de neutrinos convertem os nêutrons ligados aos núcleos em prótons, empurrando os núcleos produzidos em direção e até mesmo além da linha de estabilidade beta.
Os núcleos p estão marcados em vermelho. Crédito: Zewei Xiong
As energias dos neutrinos são grandes o suficiente para excitar os núcleos a estados que decaem pela emissão de nêutrons, prótons e partículas alfa. As partículas emitidas são capturadas pelos núcleos pesados. Isso desencadeia uma série de reações de captura catalisadas por neutrinos que determinam a abundância final dos elementos produzidos pelo processo νr. Desta forma, os neutrinos podem produzir núcleos deficientes em nêutrons que de outra forma seriam inacessíveis.
“A nossa descoberta abre uma nova possibilidade para explicar a origem dos núcleos-p através de reações de absorção de neutrinos nos núcleos”, diz Zewei Xiong, cientista do Departamento de Estrutura e Astrofísica Nuclear do GSI/FAIR e autor correspondente da publicação.
Identificando o Ambiente Estelar
Tendo determinado a série de reações que impulsionam o processo νr, o tipo de explosão estelar onde ocorre ainda não foi identificado. Em sua publicação, os autores propuseram que o processo νr opera em material que é ejetado em um ambiente com campos magnéticos fortes, como em supernovas magneto-rotacionais, colapsares ou magnetares. Esta sugestão levou os astrofísicos a procurar as condições adequadas e, de facto, uma primeira publicação já relatou que o material ejetado magneticamente atinge as condições necessárias.
Pesquisas e Implicações Futuras
O processo νr requer o conhecimento das reações de neutrinos e das reações de captura de nêutrons em núcleos localizados em ambos os lados da linha de estabilidade beta. Medir as reações relevantes será possível com os recursos exclusivos do anel de armazenamento nas instalações do GSI/FAIR.
Referência: “Produção de Núcleos G a partir de Sementes do Processo G: O Processo G” por Zewei Xiong, Gabriel Martinez-Pinedo, Oliver Just e Andre Sieverding, 9 de maio de 2024, Cartas de revisão física.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.132.192701
