Os cientistas descobriram a primeira indicação de fissão nuclear ocorrendo entre estrelas. Esta descoberta apoia a ideia de que quando as estrelas de neutrões colidem entre si, produzem elementos “superpesados” – mais pesados que os elementos mais pesados da tabela periódica – que depois se desintegram através de Ficão nuclear Para dar origem a elementos como o ouro em suas joias.
A fissão nuclear é basicamente o oposto Fusão nuclear. Enquanto a fusão nuclear se refere à decomposição de elementos mais leves para formar elementos mais pesados, a fissão nuclear é um processo no qual a energia é liberada quando elementos pesados se dividem para formar elementos mais leves. A fissão nuclear também é bem conhecida. Na verdade, é a base das usinas nucleares que geram energia aqui Terra -No entanto, isso nunca foi visto acontecendo entre estrelas até agora.
“As pessoas pensavam que a fissão estava acontecendo no universo, mas até agora ninguém foi capaz de provar isso”, disse Matthew Mumbur, coautor da pesquisa e cientista do Laboratório Nacional de Los Alamos. Ele disse em um comunicado.
A equipa de investigadores, liderada pelo cientista da Universidade Estatal da Carolina do Norte, Ian Roederer, analisou dados sobre uma vasta gama de elementos nas estrelas para descobrir a primeira evidência de que a fissão nuclear pode ocorrer quando estrelas de neutrões se fundem. Essas descobertas podem ajudar a resolver o mistério de onde UniversoElementos pesados vêm.
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Os cientistas sabem que a fusão nuclear não é apenas a principal fonte de energia das estrelas, mas também a força que forma uma variedade de elementos, sendo o mais pesado o ferro.
No entanto, o quadro da chamada nucleossíntese de elementos mais pesados, como ouro e urânio, era um pouco mais ambíguo. Os cientistas suspeitam que estes elementos pesados valiosos e raros se originam de duas estrelas mortas incrivelmente densas – Estrelas de nêutrons – Eles colidem e se fundem, criando um ambiente violento o suficiente para criar elementos que não podem ser criados nem mesmo nos núcleos das estrelas mais instáveis.
A evidência da fissão nuclear descoberta por Mumpower e pela equipa surge na forma de uma relação entre “minúsculos metais leves”, como a prata, e “núcleos de terras raras”, como o európio, que aparecem em algumas estrelas. Os cientistas viram que quando um desses grupos de elementos aumenta, os elementos correspondentes do outro grupo também aumentam.
A pesquisa da equipe também indica que elementos com massas atômicas possuem uma série de elementos Prótons E Nêutrons No núcleo atômico – podem ocorrer mais de 260 colisões de estrelas de nêutrons, mesmo que essa existência seja breve. Isso é muito mais pesado do que muitos dos elementos da “extremidade pesada” da tabela periódica.
“A única maneira plausível de isto surgir entre estrelas diferentes é se houver um processo consistente em ação durante a formação de elementos pesados”, disse Mumpower. “Isto é incrivelmente profundo e é a primeira evidência de fissão no universo, confirmando a teoria que propusemos há vários anos.”
“À medida que obtemos mais observações, o universo diz: ‘Ei, há uma assinatura aqui, e ela só pode vir da fissão.'”
Estrelas de nêutrons e fissão nuclear
As estrelas de nêutrons são criadas quando estrelas massivas atingem o fim de seu suprimento de combustível para a fusão nuclear intrínseca, o que significa a energia que tinham para sustentá-las contra seu próprio impulso interno. gravidade Ele para. À medida que as camadas externas dessas estrelas moribundas entram em colapso, formam-se núcleos estelares com massas que variam de uma a duas vezes a massa das estrelas. o sol Ele entra em colapso para cerca de 20 quilômetros de largura.
Este colapso fundamental acontece muito rapidamente ElétronsOs prótons são forçados a se unir, criando um mar de nêutrons tão denso que apenas uma colher de sopa de “matéria” de estrela de nêutrons pesaria mais de um bilhão de toneladas se fosse trazida para a Terra.
Quando essas estrelas extremas existem em pares binários, elas giram em torno uma da outra. À medida que orbitam um ao outro, eles perdem momento angular porque emitem ondulações intangíveis no espaço-tempo chamadas momento angular Ondas gravitacionais . Isto faz com que as estrelas de neutrões colidam e eventualmente se fundam, sem surpresa dada a sua natureza extrema e bizarra, criando um ambiente extremamente violento.
Esta fusão final de estrelas de nêutrons libera uma grande quantidade de nêutrons livres, partículas normalmente associadas aos prótons nos núcleos atômicos. Isso poderia permitir que outros núcleos atômicos nesses ambientes capturassem rapidamente esses nêutrons livres – um processo chamado captura rápida de nêutrons ou “processo r”. Isso permite que o núcleo atômico fique mais pesado, levando à formação de elementos superpesados e instáveis. Esses elementos superpesados podem então sofrer fissão para se dividirem em elementos mais leves e mais estáveis, como o ouro.
Em 2020, Mumpower previu como seriam distribuídos os “fragmentos físseis” do núcleo gerados pelo processo r. A colaboradora da Mumpower e cientista do TRIUMF, Nicole Fach, calculou então como o processo r co-produziria metais leves finos, como rutênio, ródio, paládio e prata – bem como núcleos de terras raras, como európio, gadolínio e disprósio. E hólmio.
Esta previsão pode ser testada não apenas observando as fusões de estrelas de nêutrons, mas também observando a abundância de elementos em estrelas que foram enriquecidas com material criado pelo processo r.
Esta nova pesquisa analisou 42 estrelas e encontrou a correlação exata prevista por Fash, mostrando um sinal claro de fissão e decaimento de elementos mais pesados que os da tabela periódica, confirmando ainda que as colisões de estrelas de nêutrons são de fato os locais onde os elementos mais pesados que o ferro são forjados.
“A correlação é muito forte em estrelas com r melhorado, onde temos dados suficientes. tempo A natureza produzmilhoDe prata, eles também produzem núcleos de terras raras proporcionalmente mais pesados. “A formação destes aglomerados de elementos está bem encaminhada. Mostrámos que apenas um mecanismo poderia ser responsável – a fissão – e as pessoas têm estado a quebrar a cabeça sobre isto desde a década de 1950”, concluiu Mumpower.
A pesquisa da equipe foi publicada na edição de 6 de dezembro da revista Ciências.
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