Avec l'aide du supercalculateur le plus puissant au monde et de nouvelles techniques d'intelligence artificielle, une équipe internationale de chercheurs a théorisé comment les conditions extrêmes dans les étoiles produisent du carbone 12, qu'ils décrivent comme "une passerelle critique vers la naissance de la vie".

La question fondamentale des chercheurs était « comment le cosmos produit-il du carbone 12 ? a déclaré James Vary, professeur de physique et d'astronomie à l'Iowa State University et membre de longue date de la collaboration de recherche.

"Il s'avère qu'il n'est pas facile de produire du carbone 12", a déclaré Vary.

Il faut la chaleur et les pressions extrêmes à l'intérieur des étoiles ou dans les collisions et les explosions stellaires pour créer des noyaux de carbone émergents, instables et excités avec trois amas faiblement liés, chacun avec deux protons et deux neutrons. Une fraction de ces noyaux de carbone instables peut émettre un peu d'énergie supplémentaire sous forme de rayons gamma et devenir du carbone 12 stable, la substance de la vie.

Un article récemment publié par Nature Communications décrit les simulations de superordinateur des chercheurs et la théorie résultante de la structure nucléaire du carbone qui favorise sa formation dans le cosmos.

L'article décrit comment les particules alpha - des atomes d'hélium-4, avec deux protons et deux neutrons - peuvent se regrouper pour former des atomes beaucoup plus lourds, y compris un état instable et excité du carbone 12 connu sous le nom d'état de Hoyle (prédit par l'astrophysicien théorique Fred Hoyle en 1953). en tant que précurseur de la vie telle que nous la connaissons).

Les chercheurs écrivent que ce regroupement de particules alpha "est une idée très belle et fascinante et est en effet plausible car la particule (alpha) est particulièrement stable avec une grande énergie de liaison."

Pour tester la théorie, les chercheurs ont effectué des simulations de supercalculateurs, y compris des calculs sur le supercalculateur Fugaku au RIKEN Center for Computational Science à Kobe, au Japon. Fugaku est répertorié comme le supercalculateur le plus puissant au monde et est trois fois plus puissant que le n°2, selon le dernier classement des supercalculateurs TOP500.

Vary a déclaré que les chercheurs ont également effectué leur travail ab initio, ou à partir des premiers principes, ce qui signifie que leurs calculs étaient basés sur des données scientifiques connues et n'incluaient pas d'hypothèses ou de paramètres supplémentaires.

Ils ont également développé des techniques d'apprentissage statistique, une branche de l'intelligence artificielle computationnelle, pour révéler le regroupement alpha de l'état de Hoyle et la production éventuelle de carbone 12 stable.

Vary a déclaré que l'équipe a travaillé pendant plus d'une décennie pour développer son logiciel, affiner ses codes de superordinateur, exécuter ses calculs et résoudre des problèmes plus petits tout en développant le travail actuel.

"Il y a beaucoup de subtilité, beaucoup de belles interactions qui s'y déroulent", a déclaré Vary.

Tous les calculs, les quantités physiques et la subtilité théorique correspondent aux données expérimentales qui existent dans ce coin de la physique nucléaire, ont écrit les chercheurs.

Ils pensent donc avoir des réponses de base sur les origines du carbone 12. Vary a déclaré que cela devrait conduire à davantage d'études à la recherche de "détails précis" sur le processus et son fonctionnement.

La production de carbone, par exemple, était-elle principalement le résultat de processus internes dans les étoiles ? Variez demandé. Ou était-ce des explosions d'étoiles de supernova ? Ou des collisions d'étoiles à neutrons super denses ?

Une chose est maintenant claire pour les chercheurs :"Cette nucléosynthèse dans des environnements extrêmes produit beaucoup de choses", a déclaré Vary, "y compris du carbone". + Explorer plus loin

Existe-t-il des condensats de particules alpha dans les noyaux d'oxygène ?