Simulation de la fusion de deux étoiles à neutrons montrant comment les étoiles se déforment et éjectent de la matière lors de leur fusion. Crédit :Stephan Rosswog
Lors de la réunion d'automne 2021 de la Division de physique nucléaire de l'APS, deux groupes de recherche indépendants dévoileront de nouvelles mesures visant à expliquer la naissance de la moitié des éléments de l'univers.
L'étude de la nucléosynthèse des éléments lourds par le r processus pose une question simple mais audacieuse :d'où vient le matériau qui compose notre système solaire, notre terre, et nous venons réellement?
Les deux groupes ont adopté des approches opposées pour trouver une réponse. On se rend au laboratoire pour chasser les « astromers, " tandis que l'autre se tourne vers les étoiles pour comparer des éléments lourds.
Les astromères sont des isomères astrophysiquement métastables :des états excités des noyaux atomiques qui durent exceptionnellement longtemps, même dans les parties les plus chaudes de l'espace. Ils pourraient réagir et se désintégrer différemment de l'état fondamental correspondant, ce qui signifie qu'ils pourraient avoir un rôle particulier à jouer dans les processus qui créent les éléments que nous trouvons dans notre système solaire.
"L'influence des isomères n'a été étudiée que dans un petit nombre de cas, mais nos travaux théoriques montrent que leurs effets sont probablement de grande envergure et profonds, avec des conséquences sur les observables astrophysiques et les compositions élémentaires ici chez nous sur Terre, " dit G. Wendell Misch, Chercheur postdoctoral au Laboratoire national de Los Alamos, qui donne un aperçu des dernières recherches en astronomie lors de la réunion.
Par exemple, Les astromères pourraient affecter le processus r qui produit des éléments lourds. Misch collabore avec le scientifique Matthew Mumpower, aussi à Los Alamos, ainsi que le scientifique Kay Kolos du Lawrence Livermore National Laboratory et une équipe de chercheurs du Argonne National Laboratory, dans le but de mesurer les énergies encore inconnues de ces astromères potentiellement influents.
Pour enregistrer la différence d'énergie entre l'état fondamental et l'état isomérique des noyaux clés en décomposition, l'équipe utilise le Canadian Penning Trap au Laboratoire national d'Argonne. Cet appareil capture les ions radioactifs produits par les sources Californium Rare Isotope Breeder Upgrade (CARIBU) et permet ces mesures de différence d'énergie.
Illustration de la façon dont les éléments lourds trouvés dans les étoiles d'aujourd'hui sont utilisés comme « règles » pour déterminer la taille des étoiles à neutrons ayant fusionné dans le passé qui ont formé ces éléments. Crédit :Erika M. Holmbeck / STScI
Lors de la réunion, Kolos présentera des résultats expérimentaux préliminaires qui alimentent les travaux théoriques de Misch.
"Avec nos résultats, les théoriciens pourront calculer le r -traiter la nucléosynthèse avec une meilleure précision. Ces mesures aideront à clarifier ce qui arrive aux populations d'astromères dans l'environnement qui se refroidit rapidement après la fin du processus r, " dit Kolos.
Pendant ce temps, un autre groupe entreprend une insolite, direction complètement nouvelle pour révéler l'histoire d'origine de nos éléments les plus lourds :comparer leur production à ce que l'on trouve dans les étoiles.
"La forme de matière lumineuse la plus dense de l'univers existe dans les étoiles à neutrons :le point d'arrêt final dans la vie de certaines étoiles beaucoup plus massives que le soleil, " a déclaré Erika Holmbeck, Hubble Fellow de la NASA aux observatoires Carnegie.
Holmbeck et ses collaborateurs ont examiné les éléments lourds en simulant leur production dans des étoiles à neutrons et en observant également ces éléments dans d'autres étoiles. De ces jointures r -études de procédés, ils ont développé une nouvelle équation d'état qui décrit les étoiles à neutrons.
Leurs résultats préliminaires, que Holmbeck présentera à la réunion, d'accord avec les prédictions théoriques et les mesures qui sondent les étoiles à neutrons elles-mêmes par le télescope NICER de la NASA.
Conception d'artiste d'un événement astrophysique, comme une fusion d'étoiles à neutrons, cela créerait des astromers. Différents astromères peuvent produire une lumière de longueurs d'onde caractéristiques qui permettent aux astronomes d'identifier les éléments uniques produits lors de l'événement. Crédit :Matthew Mumpower
"Bien que cette approche soit radicalement différente des autres méthodes, nous trouvons étonnamment un accord avec les mesures NICER et les calculs théoriques sur la structure de ces étoiles exotiques. Les résultats expliquent également simultanément l'origine des éléments les plus lourds trouvés dans notre système solaire, " dit Holmbeck.
