Imaginez pouvoir visualiser les aspects microscopiques d'une nova classique, une explosion stellaire massive à la surface d'une étoile naine blanche (à peu près aussi grosse que la Terre), en laboratoire plutôt qu'à distance via un télescope.

Des détonations cosmiques de cette échelle et plus ont créé de nombreux atomes dans notre corps, dit Christopher Wrede de la Michigan State University, qui a présenté à la réunion de l'American Association for the Advancement of Science. Un moyen sûr d'étudier ces événements dans des laboratoires sur Terre est d'étudier les noyaux exotiques ou « isotopes rares » qui les influencent.

"Les astronomes observent l'explosion d'étoiles et les astrophysiciens les modélisent sur des supercalculateurs, " dit Wrède, professeur adjoint de physique au Laboratoire national du cyclotron supraconducteur de la MSU. « À NSCL et, à l'avenir à l'Installation des faisceaux d'isotopes rares, nous sommes capables de mesurer les propriétés nucléaires qui entraînent les explosions stellaires et de synthétiser les éléments chimiques - une entrée essentielle pour les modèles. Les isotopes rares sont comme l'ADN des étoiles qui explosent."

La présentation de Wrede a expliqué comment les isotopes rares sont produits et étudiés au NSCL de MSU, et comment ils éclairent l'évolution de la matière visible dans l'univers.

"Les isotopes rares nous aideront à comprendre comment les étoiles ont transformé une partie de l'hydrogène et de l'hélium gazeux du Big Bang en éléments qui composent les planètes solides et la vie, ", a déclaré Wrede. "Les expériences dans les installations de faisceaux d'isotopes rares commencent à fournir les informations détaillées de physique nucléaire nécessaires pour comprendre nos origines."

Dans une expérience récente, L'équipe de Wrede a étudié la production stellaire de l'isotope radioactif aluminium-26 présent dans la Voie lactée. Une injection d'aluminium-26 dans la nébuleuse qui a formé le système solaire pourrait avoir influencé la quantité d'eau sur Terre.

À l'aide d'un faisceau d'isotopes rares créé au NSCL, l'équipe a déterminé le dernier taux de réaction nucléaire inconnu affectant la production d'aluminium-26 dans les novae classiques.

Ils ont conclu que jusqu'à 30 pour cent pourraient être produits en novae, et le reste doit être produit dans d'autres sources comme les supernovae.

Les recherches futures peuvent désormais se concentrer sur le comptage du nombre de novae dans la galaxie par an, modéliser l'hydrodynamique des novae et étudier les autres sources dans les moindres détails nucléaires.

Pour étendre leur portée à des événements astrophysiques plus extrêmes, les scientifiques nucléaires continuent d'améliorer leur technologie et leurs techniques. Traditionnellement, des faisceaux d'ions stables ont été utilisés pour mesurer les réactions nucléaires. Par exemple, bombarder une feuille d'aluminium avec un faisceau de protons peut produire des atomes de silicium. Cependant, les étoiles qui explosent produisent des isotopes radioactifs de l'aluminium qui se désintégreraient trop rapidement en d'autres éléments pour en faire une cible en aluminium.

"Avec la FRIB, nous allons inverser le processus; nous allons créer un faisceau d'ions aluminium radioactifs et l'utiliser pour bombarder une cible de protons, " a déclaré Wrede. " Une fois que FRIB est en ligne, nous pourrons mesurer beaucoup plus de réactions nucléaires qui affectent les étoiles qui explosent."