Desde o Big Bang, o universo tem evoluído. A partir das formações de prótons e nêutrons simples para a ampla variedade de elementos e moléculas conhecidas hoje, é cada vez maior em termos de complexidade e variedade. E agora, os teóricos da física nuclear ganharam novos insights sobre a reação fundamental nuclear que deu origem à vida como a conhecemos. A reacção é conhecido como o processo de tripla-alfa e é responsável pela grande quantidade de carbono encontrados em todo o universo. Durante anos, o processo pelo qual as estrelas combinados núcleos, luz simples para o elemento mais importante tem sido entendida apenas como um processo de duas etapas.
Mas, recentemente, o problema foi revisitado para desvendar o alcance pleno dos mecanismos por trás da formação do isótopo mais crucial da vida, o carbono-12. Especificamente, este problema foi a taxa de produção de carbono-12 a baixas temperaturas. Cálculos anteriores feitos por um grupo liderado por Kazuyuki Ogata, professor de física nuclear da Universidade Kyushu, em Fukuoka, Japão, resultou em modelos dramáticos onde estrelas se queimam-se tão rápido que eles não poderiam chegar à fase de gigante vermelha. Um problema, vendo como há uma abundância de gigantes vermelhas (imagem acima) para ser encontrados em todo o cosmos.
"A teoria Kyushu prevendo taxas de carbono-12 de produção eram incompatíveis com observações e toda a comunidade astrofísica nuclear ia bezerk", disse Filomena Nunes, teórico de física nuclear e professor da NSCL. "Eu estava recebendo e-mails de todo o lugar. O método a ser utilizado foi o som e os membros do grupo são especialistas em Kyushu esse método. Então, tinha que haver algo de errado com as aproximações."
O carbono é o quarto elemento mais abundante no universo, e carbono-12 é a sua forma mais comum. Com um número par de seis prótons e seis nêutrons, este núcleo simples é a base de toda a vida conhecida. No entanto, os processos que criam carbono 12 e os motivos para a sua abundância não são tão simples. Em questão de microssegundos após o Big Bang, os quarks e os glúons formado prótons e nêutrons. Apenas três minutos depois, o hidrogênio simples e núcleos de hélio entrou em cena. Mas não foi até um milhão anos mais tarde que os elétrons se juntou ao partido para formar átomos neutros e dez bilhões de anos depois que até estrelas começaram a se formar.
Dentro do caldeirão de uma estrela, prótons começou a combinar através de uma seqüência de reações em núcleos de hélio. Mas, então, o processo de síntese nuclear chegou a um impasse. Adicione outro único próton em hélio e você terá de lítio-5, um núcleo que a natureza não permite a existir. Fundir dois núcleos de hélio juntos e você terá o berílio-8, um outro núcleo inexistente devido às leis da física nuclear.
Mas, claramente, as estrelas continuaram produzindo longe, gerando todos os diferentes elementos que vemos ao nosso redor. Então, como isso é possível? Esta questão incomodava astrofísicos durante anos porque, NSCL estudante Ngoc Nguyen Bich disse: "Se não podemos explicar a abundância de carbono-12, não podemos explicar como nosso universo se formou." A resposta vem na forma de uma reacção que envolve três núcleos de hélio, também conhecido como partículas alfa.
Embora o berílio-8 decai em nanossegundos meros, se uma estrela é quente o suficiente, uma partícula alfa terceiro pode fundir-se com o núcleo de curta duração. E porque a energia de um núcleo de berílio-8 adicionado à energia de uma partícula alfa é quase exatamente o mesmo que um núcleo de carbono-12 em um estado animado, ele cria uma ressonância que aumenta consideravelmente sua taxa de produção.
Mas não há outra maneira que as estrelas podem criar carbono-12. A baixas temperaturas, quando a energia não é suficiente para atingir as ressonâncias de carbono-12 pode ainda ser formado através da fusão simultânea de três partículas alfa. E, enquanto na teoria, passado nuclear modelados com precisão as taxas do processo de duas etapas, foi lamentavelmente imprecisas quando ele veio para o processo de etapa única. O grupo de Kyushu fez uma melhoria séria sobre essas previsões.
"No entanto os seus resultados proibida a formação de gigantes vermelhas, que sabemos existir, porque temos observado", disse Nunes. "Então eu tive a idéia para uma abordagem alternativa, sem as limitações da que estava sendo usada no momento."
Juntos, Nunes e Nguyen resolvido este problema de espalhamento muito desafiador dos três corpos. Quando os novos resultados foram obtidos, eles concordaram com a teoria anterior de alta temperatura de formação de carbono-12. A temperaturas mais baixas, no entanto, que prevê um aumento da taxa de cerca de 10 trilhões vezes a partir das estimativas do passado. Enquanto isso parece muito, ele ainda era muito menor do que as previsões Ogata.
"Com os nossos novos resultados, gigantes vermelhas finalmente existir de novo!" , disse Nunes. "A partir daqui, temos que usar as novas taxas, em muitos cenários mais astrofísicos. Esperamos que resolver alguns problemas persistentes em novae e supernovas."
Para mais informações: baixa temperatura, taxa de triplo-alfa em um modelo completo dos três corpos Nuclear, Physical Review Letters, 109, 141,101 (2012) prl.aps.org/abstract/PRL/v109/i14/e141101 Jornal de referência: Physical Review Cartas
O Galaxy Diário via Michigan State University
Crédito da imagem: http://www.lcse.umn.edu/research/RedGiant/
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