Agencias/Ciudad de México.- Investigadores de la Universidad de Michigan State han ayudado a mirar dentro de una nova, un tipo de explosión nuclear astrofísica, sin salir de la Tierra.
Estos eventos estelares ayudan a forjar los elementos químicos del universo, y el nuevo estudio ha ayudado a explorar su naturaleza con un intenso haz de isótopos y un dispositivo experimental personalizado con una sensibilidad sin precedentes en el Laboratorio Nacional de Ciclotrones Superconductores, o NSCL. El equipo publicó su trabajo en la revista Physical Review Letters.
Con sus experimentos en NSCL, los investigadores proporcionaron una mejor calibración para lo que se conoce como “termómetros nucleares”. Los resultados experimentales mejoraron la precisión de los cálculos que utilizan los científicos para determinar la temperatura interior de las novas, el plural de nova. Con sus resultados, el equipo confirmó que el interior de una nova llamada V838 Herculis era unas 50,000 veces más caliente que la superficie del sol.
“En última instancia, la información que extrajimos de nuestros experimentos redujo las incertidumbres en este cálculo en un factor de dos a cuatro”, dijo Wrede en un comunicado. “Nos sorprendió lo cerca que estaba de la temperatura que esperábamos”.
Las reacciones nucleares que Wrede y su equipo estudian se encuentran en lo que se llama novas clásicas, que son más comunes en nuestro vecindario cósmico. Los científicos observan alrededor de una docena en un año típico, a menudo con la ayuda de astrónomos aficionados. Y, debido a que una estrella no explota completamente en una nova clásica, la misma puede aparecer más de una vez (aunque el tiempo típico entre apariciones es de unos 10.000 años, dijo Wrede).
Una nova clásica es creada por dos estrellas que orbitan entre sí lo suficientemente cerca como para que una estrella pueda extraer combustible nuclear de la otra. Cuando la estrella sifón toma prestado suficiente combustible, puede desencadenar una serie energética de explosiones nucleares.
MSU researchers have helped peer inside a nova — a type of astrophysical nuclear explosion — to better characterize the nuclear physics and extreme environments of cosmic explosions. https://t.co/5d2V4dfQbE
— MSU News (@MSUnews) May 19, 2022
Comprender los procesos nucleares de todas las estrellas ayuda a los investigadores a comprender de dónde provienen los elementos del universo y aquellos que involucran a dos estrellas son particularmente importantes en la Vía Láctea, dijo Wrede.
“Alrededor de la mitad de las estrellas que vemos en el cielo son en realidad sistemas de dos estrellas o sistemas estelares binarios”, dijo. “Si realmente queremos entender cómo funciona nuestra galaxia para producir elementos químicos, no hay forma de que podamos ignorarlos”.
Wrede ha estado estudiando una reacción nuclear específica dentro de las novas que, en la naturaleza, implica versiones o isótopos del fósforo. El fósforo dentro de una nova puede engullir un protón extra para crear isótopos de azufre, pero desafortunadamente, los científicos no pueden recrear esta reacción en condiciones estelares en la Tierra. Así que Wrede y el equipo hicieron lo siguiente mejor.
En cambio, comenzaron con isótopos de cloro que se descomponen en isótopos de azufre. Luego observaron que esos isótopos de azufre escupían protones para convertirse en fósforo. Es la reacción de interés a la inversa, lo que permite a los investigadores sintetizar esencialmente una repetición instantánea de la acción que pueden rebobinar para comprender mejor el libro de jugadas de la naturaleza.
Pero había otro inconveniente. Para lograr su objetivo, el equipo necesitaba tomar medidas récord de los protones de energía más baja que salían del azufre. Para hacer esto, los investigadores construyeron un instrumento que llamaron Detector gaseoso con etiquetado de germanio, o GADGET.
“Estos protones tienen una energía realmente baja, y usando técnicas convencionales, la señal quedaría inundada por el fondo”, dijo Wrede. GADGET adoptó un enfoque poco convencional, utilizando un componente detector gaseoso en lugar de silicio sólido, para lograr la sensibilidad necesaria para ver los protones.
“En términos de sensibilidad, es un récord mundial”, dijo Wrede.
La Universidad Estatal de Michigan opera la Instalación para Haces de Isótopos Raros como una instalación de usuario para la Oficina de Ciencias del Departamento de Energía de los EE. UU., o DOE-SC, que respalda la misión de la Oficina de Física Nuclear del DOE-SC. El establecimiento de FRIB fue financiado por DOE-SC, MSU y el estado de Michigan, con el apoyo de la operación de las instalaciones para usuarios de la Oficina de Física Nuclear del DOE-SC.
Insights to better characterize the nuclear physics and extreme environments of cosmic explosions @physrevlett https://t.co/hiWUiYh7YZ https://t.co/KzsxhVe0jV
— Phys.org (@physorg_com) May 18, 2022
