(Los desboques son accionados por la energía liberada en la reacción nuclear triple alfa y otras reacciones nucleares que "estallan" desde el llamado caliente ciclo de carbono-nitrógeno-oxígeno (CNO)[ más información aquí ].) Las explosiones se conocen como ]estallidos de rayos X tipo I, ya que lanzan un gran flujo de rayos X que se detectan como un fuerte aumento de la luminosidad de rayos X, seguida de un decaimiento más lento.
La mayor parte de la energía de las explosiones proviene de una serie de reacciones nucleares que ocurren tras de lo que se llama el proceso de captura rápida de protones (o, proceso rp): Los protones se fusionan con los núcleos semillas en rápida sucesión, sintetizando isótopos en un camino en zigzag de fusión de protones y desintegraciones beta inversas, cerca de la línea de goteo de los protones, están los límites de la existencia nuclear más allá del cual los núcleos simplemente no puede envolver a otro protón. Al final de dicha explosión, quedan los núcleos en camino de desintegración y una población de núcleos hacia la línea de estabilidad. El proceso rp así aumenta la abundancia de elementos específicos en las cenizas de la superficie de la estrella de neutrones, e incluso determina algunas de las propiedades observacionales de las explosiones de rayos x, tales como el tamaño y la forma del perfil de luminosidad con el tiempo. Dado que la luminosidad se puede vincular a la masa de la estrella de neutrones, la comprensión de las reacciones nucleares que contribuyan a la ráfagas de rayos x es fundamental [ver aquí y aquí ]. Hay otra razón para estudiar el proceso rp: Si el material sintetizado durante un estallido de rayos-x se escapa del campo gravitatorio de la estrella de neutrones y se arroja en el medio interestelar, el podría potencialmente ser una fuente de elementos químicos específicos en la galaxia, cuyos orígenes son difíciles de explicar. Los ejemplos incluyen una serie de núcleos estables ricos en protones, como el molibdeno-92 o el rutenio 96.
Los esfuerzos para simular la trayectoria de la nucleosíntesis en el proceso rp y comprender la producción de estos isótopos dependen en gran medida de los datos de física nuclear, tales como las masas,-la vida media, y las tasas de captura de varios núcleos inestables. La masa, o más específicamente la energía de separación del protón (la energía que se necesita para remover un protón de un núcleo) desempeña un papel especialmente decisivo.En la actualidad, la incertidumbre en las masas determinadas experimentalmente de muchos núcleos inestables son significativas (en contraste, las predicciones teóricas para las masas de los núcleos estables son muy buenas). Sin embargo, la mejora de las medidas para los núcleos cercas de las líneas de goteo de protones, los más importantes para el proceso de rp es difícil. Las simulaciones de la producción de trayectorias zigzag se modifican de acuerdo a las masas asumidas (energías de separación), la predicción de la abundancia final varía hasta en un orden de magnitud entre los cálculos.
en la parte superior de la imágen se muestra una ilustración artística de una estrella de neutrones en acreción en un sistema binario,isótopos ricos en protones altamente inestables son producidos en estallidos de rayos x a través de un proceso llamado rp.Estos isótopos inestables posteriormente se desintegran en más isótopos estables y podrían ser la fuente de algunos isótopos raros sobre la Tierra.En la parte inferior de la imágen se muestra un posible proceso rp en la región de la carta nuclear donde el grupo SHIPTRAP llevó a cabo sus mediciones.El balance (entre la captura radiactiva del protón (p,γ) donde la energía es liberada y la fotodisociación (γ,p) donde la energía es absorbida y un protón emitido, crea y destruye el Tecnecio-87 respectivamente) es altamente sensible a la masa nuclear involucrada.Las nuevas mediciones del SHIPTRAP de la masa del Tecnecio-87 y el molibdeno86 en particular muestran que la fotodisociación es relativamente fuerte lo suficiente para impedir el flujo de la reacción hacia arriba y favoreciéndo el proceso de desintegración beta en la región núclear con A=86.Credito: (Top) NASA/Dana Berry; (Bottom).
Uno de los objetivos principales de la trampa de iones SHIPTRAP, ubicado en el Centro Helmholtz GSI de Investigación de Iones Pesados en Darmstadt, Alemania, es el de mejorar las mediciones de masa de los núcleos inestables que participan en el proceso de rp . En un artículo que aparece en la revista Physical Review Letters [ ver AQUÍ], un equipo internacional de científicos que trabajan en el SHIPTRAP informan de mediciones de masa ,algunas de las cuales son las primeras de isótopos ricos en protones en las proximidades de la masa atómica (A) 84 ( ver Fig. parte inferior). Esta región se encuentra alrededor del molibdeno 84- un llamado punto nuclear de espera, porque es un núcleo donde la radiactiva captura de protones compite con la reacción de fotodisociación inversa, y el flujo "hacia arriba" en la tabla nuclear se detiene en esencia, favoreciendo en cambio un lento proceso de desintegración beta. Mejores mediciones de masa en esta región podrían ayudar a predecir la cantidad de energía producida en ciertos caminos de los procesos rp, y a su vez, qué tan alto puede ser una temperatura alcanzada en un estallido de rayos-x. Esto a su vez determina qué elementos se podrían producir, por ejemplo,en un ciclo denominado ZrNb-un ciclo que toma un estado nuclear excitado a través de una serie de capturas y desintegraciones para volver a su punto de partida y tiene el efecto de la inhibición de la nucleosíntesis hasta las más altas masas.
El corazón de los experimentos en el SHIPTRAP es una trampa de iones(Penning) un espectrómetro de masas el cuál es el instrumento más preciso y exacto para determinar la masa de los isótopos de corta vida. Las trampas Penning son hoy en día el caballo de batalla para las mediciones de masa de precisión, y son empleadas en casi todas las instalaciones donde se producen vigas raras . En estas trampas de iones (por lo cual se le dio el premio Nobel de 1989 a Hans Dehmelt y Wolfgang Paul) la frecuencia de ciclotrón (ν) con la cuál las partículas cargadas orbitan en un campo eléctrico y magnético combinado es medido, y de aquí su masa es derivada (a través de ν=m/q*B).Las trampas Penning han sido técnicamente avanzadas para permitir experimentos en casi todos los isótopos raros disponibles, desde isótopos de muy corta vida como el litio 11, que tiene una vida media de 8 ms [ ver aquí ] a elementos super pesados [ ver aquí ], que se producen en cantidades minúsculas de unos pocos iones por minuto o menos.
El equipo SHIPTRAP midió las masas de diez núcleos deficientes en neutrones , que se produjeron en una reacción de fusión-evaporación en el filtro de velocidad GSI SHIP (una fuente única para los núcleos relevantes). El filtro separó los productos fugaces de la reacción y el haz de los productos restantes se detiene en una celda de gas. A partir de ahí, los iones son extraídos y entregados al sistema de trampa de iones donde las masas se determinarán con una precisión relativa de δm/m~10-7 a 10-8, o alrededor de 5 to 15 keV de incertidumbre absoluta (una unidad de masa atómica es de aproximadamente 1 GeV). El equipo encuentra bajas energías de separación alfa (la energía requerida para remover una partícula alfa del núcleo) en comparación con lo que se había predicho y que se había encontrado en estos núcleos previamente. Y con estos valores de masa exacta de los núcleos, el equipo está en condiciones de realizar una reevaluación del paisaje de masa dentro de una región específica de la carta nuclear. Obtienen una imagen homogénea de las masas, sin los saltos o brechas artificiales que resultan de las masas no medidas. En base a sus datos, recalculan un proceso rp similar a lo que se espera en un estallido de rayos x en un escenario estelar. Ellos encuentran que una vez que se incluyen sus nuevos valores de masa, la producción resultante en el número de masa A = 86 se cambia por un factor 20, el cambio más grande jamás encontrado en el cálculo de un proceso rp, una vez que los nuevos resultados experimentales se han incluido. Este sorprendente resultado subraya la necesidad de alta calidad en los datos de física nuclear.
Curiosamente, mediciones similares de masa realizadas en el new Cooler Storage Ring en la Instalación de Investigación de Iones Pesados en Lanzhou, China, muestran que la energía de separación de protones medida del arsénico-65 difiere de las predicciones teóricas. Los autores también ponen en duda la expectativa de que el germanio-64 es un núcleo de punto de espera. Aunque sus medidas son menos precisas que los métodos con la trampa Penning realizados en el GSI, los resultados de este equipo están llevando también a nuevas conclusiones sobre los procesos rp .
El equipo SHIPTRAP observa también un cambio del paisaje de masa hacia los núcleos más ricos en protones, en el que los protones están más débilmente ligado. El proceso rp parece favorecer este camino y conduce a un cambio en la abundancia de los isótopos restantes con A = 86 y los progenitores indirectos del isótopo clave molibdeno-94 (10% de molibdeno). Por otra parte, su recién descubierta baja energía de separación alfa sugiere que el ciclo de producción ZrNb se ve favorecido, lo que permitirá poner un límite a la disponibilidad de temperatura y energía en el proceso de rp. Para profundizar en esto y poner mayores restricciones sobre tales posibilidades, más mediciones directas de masas, en particular para el zirbonium-80, circonio-81, niobio-83, y por supuesto del molibdeno-84, son necesarias ya que desempeñan un papel clave en la comprensión del proceso rp y el alcance y los límites de la producción de elementos de tal escenario.
Entender la nucleosíntesis y los energéticos estallidos de rayos X requiere un enfoque interdisciplinario entre las observaciones astronómicas, los modelos de astrofísica y cálculos, y una buena comprensión de la física nuclear subyacente. Este trabajo muestra la sorprendente visión que proceden de mediciones de precisión de unas pocas (pero claves) propiedades de la física nuclear.
fuente de la información:
http://physics.aps.org/articles/v4/24
