Recrean en laboratorio una reacción nuclear de estrellas de neutrones

En el ORNL (Oak Ridge National Laboratory) han producido una reacción nuclear característica que ocurre en la superficie de una estrella de neutrones que engulle la masa de una estrella compañera.

Según explica este organismo científico de EEUU en un comunicado, el logro mejora la comprensión de los procesos estelares que generan diversos isótopos nucleares.

"Las estrellas de neutrones son realmente fascinantes desde el punto de vista tanto de la física nuclear como de la astrofísica", dijo la astrofísica nuclear de ORNL Kelly Chipps, quien dirigió el estudio, publicado en Physical Review Letters. "Una comprensión más profunda de su dinámica puede ayudar a revelar las recetas cósmicas de los elementos en todo, desde las personas hasta los planetas".

Chipps dirige Jet Experiments in Nuclear Structure and Astrophysics, o JENSA, que cuenta con colaboradores de nueve instituciones en tres países. El equipo utiliza un sistema único de objetivo de chorro de gas, que produce el chorro de helio de mayor densidad del mundo para experimentos con aceleradores, para comprender las reacciones nucleares que proceden con la misma física en la Tierra que en el espacio exterior.

El proceso de nucleosíntesis crea nuevos núcleos atómicos. Un elemento puede convertirse en otro cuando se capturan, intercambian o expulsan protones o neutrones.

Una estrella de neutrones tiene una atracción gravitacional inmensa que puede capturar hidrógeno y helio de una estrella cercana. El material se acumula en la superficie de la estrella de neutrones hasta que se enciende en repetidas explosiones que crean nuevos elementos químicos.

Muchas reacciones nucleares que impulsan las explosiones siguen sin estudiarse. Ahora, los colaboradores de JENSA han producido una de estas reacciones nucleares características en un laboratorio de la Universidad Estatal de Michigan. Restringe directamente el modelo teórico que se suele utilizar para predecir la formación de elementos y mejora la comprensión de la dinámica estelar que genera isótopos.

Para este experimento, los científicos golpearon un objetivo de partículas alfa (núcleos de helio-4) con un haz de argón-34. (El número después de un isótopo indica su número total de protones y neutrones). El resultado de esa fusión produjo núcleos de calcio-38, que tienen 20 protones y 18 neutrones. Debido a que esos núcleos estaban excitados, expulsaron protones y terminaron como núcleos de potasio-37.

Los detectores de partículas cargadas de alta resolución que rodeaban el chorro de gas midieron con precisión las energías y los ángulos de los productos de reacción de los protones. La medición aprovechó los detectores y la electrónica desarrollados en ORNL bajo la dirección del físico nuclear Steven Pain. Teniendo en cuenta la conservación de la energía y el momento, los físicos volvieron a calcular para descubrir la dinámica de la reacción.

"No solo sabemos cuántas reacciones ocurrieron, sino que también sabemos la energía específica en la que terminó el núcleo final de potasio-37, que es uno de los componentes predichos por el modelo teórico", dijo Chipps.

El experimento de laboratorio mejora la comprensión de las reacciones nucleares que ocurren cuando el material cae sobre la superficie de un subconjunto importante de estrellas de neutrones. Estas estrellas nacen cuando una estrella masiva se queda sin combustible y colapsa en una esfera del tamaño de una ciudad como Atlanta. Luego, la gravedad aprieta las partículas fundamentales lo más cerca posible, creando la materia más densa que podemos observar directamente. Una cucharadita de estrella de neutrones pesaría tanto como una montaña. Las estrellas llenas de neutrones giran más rápido que las cuchillas de una licuadora y forman los imanes más fuertes del universo. Tienen costras sólidas que rodean núcleos líquidos que contienen material con forma de espagueti o fideos de lasaña, lo que les valió el apodo de "pasta nuclear".

"Debido a que las estrellas de neutrones son tan extrañas, son un laboratorio natural útil para probar cómo se comporta la materia de neutrones en condiciones extremas", dijo Chipps.