Personal investigador de l'IFIC recrea una reacció nuclear clau per a conéixer l'evolució química de la nostra galàxia i del sistema solar

Un equip de l'Institut de Física Corpuscular (IFIC), situat en el Parc Científic de la Universitat de València, aconseguix mesurar en un laboratori del CERN la formació d'un element clau en l'evolució de la composició química dels elements pesants. Un isòtop d'este element, el Plom-204, es produïx en estreles gegants roges, responsables de la creació de la mitat dels elements més pesats que el ferro en la naturalesa

Un equip liderat per l'Institut de Física Corpuscular (IFIC), situat en el Parc Científic de la Universitat de València, ha aconseguit recrear en un laboratori del CERN a Suïssa una reacció nuclear clau per a comprendre l'origen i evolució de la nostra galàxia i del sistema solar. En un treball publicat en Physical Review Letters detallen com es forma el Plom-204, un isòtop que explica l'evolució de la composició química de la nostra galàxia des que es van formar les primeres estreles, fa uns dotze mil milions d'anys. La formació d'este isòtop en estreles gegants roges també permet datar els primers materials sòlids que es van crear en el sistema solar, i s'utilitzen per a datar la seua edat.

La quantitat de Plom-204 (Pb204) produït en les estreles gegants roges no s'havia pogut quantificar amb precisió fins a la data a causa del desconeixement d'una reacció nuclear que ocorre en un isòtop de l'element químic que el precedix, el Tal·li-204 (Tl204). Este isòtop és radioactiu i dura una mitjana de 3,78 anys abans de desintegrar-se. Per tant, resulta extremadament complicat produir una mostra d'este material per a experimentar amb ell.

Ara, un grup d'investigació de l'IFIC i la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC), gràcies a una col·laboració amb el Paul-Scherrer Institute (PSI) a Suïssa i amb el reactor d'alt flux de Grenoble en l'Institut Laue-Langevin (ILL) a França, han aconseguit produir una mostra de Tal·li-204 prou gran com per a treballar amb ella en el laboratori d'experimentació amb neutrons n_TOF del CERN, situat a Ginebra (Suïssa).

Els resultats obtinguts han permés quantificar de manera precisa, per primera vegada, la quantitat de Plom-204 que es produïx en estreles gegants roges de tipus AGB. Este tipus d'estreles té un paper fonamental en l'evolució de la composició química dels elements presents en la nostra galàxia i el sistema solar, sent les responsables de la creació de la mitat dels elements més pesats que el ferro existent en la naturalesa

Després de sintetitzar i caracteritzar esta mostra, l'equip d'investigació va mesurar per primera vegada la reacció d'un feix de neutrons sobre este isòtop. A continuació, van realitzar càlculs amb experts en astrofísica en el marc de NuGrid, una col·laboració internacional que desenvolupa ferramentes per a simulacions de nucleosíntesi a gran escala amb aplicacions en física nuclear.

Els resultats obtinguts han permés quantificar de manera precisa, per primera vegada, la quantitat de Plom-204 que es produïx en estreles gegants roges de tipus AGB. Este tipus d'estreles té un paper fonamental en l'evolució de la composició química dels elements presents en la nostra galàxia i el sistema solar, sent les responsables de la creació de la mitat dels elements més pesats que el ferro existent en la naturalesa. El cicle de vida d'estes estreles contribuïx contínuament a l'enriquiment químic de les galàxies en l'univers.

“El resultat obtingut mostra un excel·lent acord amb abundàncies de Plom-204 mesures en condrites carbòniques de tipus Ivuna (CI), meteorits que preserven la composició química del sistema solar”, explica César Domingo, investigador del CSIC que lidera l'estudi en l'IFIC. “No seria necessari recórrer a hipòtesis alternatives de nucleosíntesi de Pb204, com a supernoves o possibles mecanismes de fraccionament que pogueren haver ocorregut en el sistema solar primerenc”, puntualitza.

“A pesar que este experiment ha suposat un avanç significatiu, necessitem noves idees disruptives per a poder accedir en el laboratori a molts més nuclis de gran interés com este, però que es produïxen en entorns estel·lars explosius com a supernoves o sistemes binaris d'estreles de neutrons”, César Domingo, investigador líder de l'estudi en l'IFIC

“A pesar que este experiment ha suposat un avanç significatiu, necessitem noves idees disruptives per a poder accedir en el laboratori a molts més nuclis de gran interés com este, però que es produïxen en entorns estel·lars explosius com a supernoves o sistemes binaris d'estreles de neutrons”, finalitza l'investigador. 

Este treball contribuïx al desenvolupament dels desafiaments científics dels Llibres Blancs del CSIC, que reunixen els reptes científics del segle XXI articulats sobre els objectius Desenvolupament Sostenible de l'ONU. Esta investigació s'emmarca en el volum 9, l'objectiu del qual és comprendre les lleis fonamentals de la naturalesa, ja que són la base de la tecnologia. Els desafiaments de la física estan íntimament associats amb els reptes tecnològics per al disseny i la construcció de telescopis, missions espacials o acceleradors, experiments subterranis i de reactors, així com amb avanços en matemàtica i computació.

A més, esta investigació ha constituït el treball de tesi doctoral d'Adrià Casanovas Hoste, integrat en un projecte del pla nacional coordinat entre l'Institut de Física Corpuscular (CSIC-UV) i la Universitat Politècnica de Catalunya, així com en el marc d'un projecte europeu ERC Consolidator (HYMNS).