Cientistas da Universidade de Surrey e do Laboratório FRIB em MSU se uniram para explorar a origem do alumínio-26, um isótopo raro que oferece uma janela para estrelas moribundas.

A ilustração mostra um núcleo de alumínio-26 (verde) escapando de uma explosão de supernova. Posteriormente, ele decairá por meio da emissão de raios gama que podem ser observados por satélites. Crédito da imagem: Erin O'Donnell, FRIB

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Suas descobertas, “Explorando a simetria de Isospin para estudar o papel dos isômeros em ambientes estelares”, foram publicadas na Physical Review Letters.

O Alumínio-26 fornece uma visão rara dos processos em estrelas. Ele decai em magnésio-26, que emite um raio gama característico observável por satélites. O magnésio-26 é detectável em grãos presolares de material de estrelas que existiam antes do sol. A composição desses grãos carrega as impressões digitais de suas estrelas-mãe. A taxa de destruição do alumínio-26 pela captura de um próton é crítica para interpretar a quantidade de magnésio-26 observada no universo. Esta pesquisa mostrou que a destruição do alumínio-26 pela captura de prótons no estado de vida longa é oito vezes menos frequente do que o estimado anteriormente.

Gavin Lotay, palestrante sênior e diretor de aprendizagem e ensino da Universidade de Surrey, foi o porta-voz do projeto. Alexandra Gade, professora de física na FRIB e do Departamento de Física e Astronomia da MSU e vice-diretora científica da FRIB, liderou parte da colaboração da MSU.

O alumínio-26 tem um estado quântico de longa duração que é difícil de estudar de forma controlada em laboratório. A equipe usou uma reação de transferência que adicionou um nêutron ao isótopo radioativo silício-26 para estudar estados quânticos excitados no silício-27. Esses são os mesmos estados populados na captura de prótons no estado quântico de longa vida do alumínio-26. Isso foi possível porque os prótons e nêutrons estão sujeitos a uma simetria que torna a adição de um próton ao estado de longa vida do alumínio-26 equivalente à adição de um nêutron ao estado fundamental do silício-26. A medição usou o Gamma-Ray Energy Tracking In-beam Array (GRETINA), um recurso nacional, e o espectrógrafo S800 do laboratório.

Esta pesquisa resulta de uma colaboração de longa data entre o Laboratório FRIB e a Universidade de Surrey, onde reações nucleares diretas são usadas para preencher estados quânticos cujas energias e propriedades exatas são relevantes para as reações que acontecem nas estrelas. O grampo da colaboração tem sido o uso de espectroscopia de raios gama muito sensível para marcar e caracterizar os estados quânticos excitados de interesse. Lotay antecipa ansiosamente o início da ciência na FRIB para continuar sua pesquisa. Ele apresentou três propostas de tempo de feixe na FRIB que serão consideradas pelo primeiro Comitê Consultivo do Programa da FRIB no final deste verão. 

“Chegamos agora a um momento verdadeiramente emocionante na ciência, em que podemos sondar diretamente os processos que ocorrem em estrelas que explodem”, disse Lotay. “Esses objetos celestes são responsáveis pela rica variedade de elementos químicos que encontramos ao nosso redor e, por meio do acoplamento da espectroscopia de raios gama com técnicas de reação direta, a colaboração foi bem-sucedida na obtenção de informações essenciais para o entendimento de suas propriedades. A colaboração agora está posicionada para expandir significativamente o escopo de seu programa de astrofísica nuclear e capitalizar na vasta gama de oportunidades disponíveis nas instalações do FRIB que serão inauguradas em breve.”

Mais informações:

“Exploiting Isospin Symmetry to Study the Role of Isomers in Stellar Environments” by S. Hallam, G. Lotay, A. Gade, D. T. Doherty, J. Belarge, P. C. Bender, B. A. Brown, J. Browne, W. N. Catford, B. Elman, A. Estradé, M. R. Hall, B. Longfellow, E. Lunderberg, F. Montes, M. Moukaddam, P. O’Malley, W.-J. Ong, H. Schatz, D. Seweryniak, K. Schmidt, N. K. Timofeyuk, D. Weisshaar and R. G. T. Zegers, 29 January 2021, Physical Review Letters.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.126.042701

Esta pesquisa foi financiada pelo Departamento de Energia dos EUA (DOE) Office of Science Office of Nuclear Physics; a National Science Foundation; e a Administração Nacional de Segurança Nuclear do DOE, por meio do Consórcio de Ciência e Segurança Nuclear e do Conselho de Instalações de Ciência e Tecnologia do Reino Unido.

A Michigan State University estabelece e opera o FRIB como uma instalação de usuário para o Office of Nuclear Physics do Departamento de Energia dos EUA, Escritório de Ciência.

NSCL é uma facilidade de usuário nacional financiada pela National Science Foundation, apoiando a missão do programa de Física Nuclear na Divisão de Física NSF.

O Escritório de Ciência do Departamento de Energia dos Estados Unidos é o maior apoiador da pesquisa básica nas ciências físicas nos Estados Unidos e está trabalhando para enfrentar alguns dos desafios mais urgentes de nosso tempo.

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Referência:

Exploring Nuclear Reactions in Exploding Stars and the Origin of Aluminum-26. SciTechDaily, 14, ago. 2021. Disponível em: <https://scitechdaily.com/exploring-nuclear-reactions-in-exploding-stars-and-the-origin-of-aluminum-26/>. Acesso em: 30, ago. 2021.