Désormais, dans une nouvelle étude publiée dans Physical Review Letters , la collaboration n_TOF du CERN étudie comment le cérium est produit dans les étoiles. Les résultats diffèrent de ce qui était attendu de la théorie, indiquant la nécessité de revoir les mécanismes soupçonnés d'être responsables de la production de cérium (et d'autres éléments plus lourds) dans l'univers.

"Les mesures que nous avons effectuées nous ont permis d'identifier des résonances nucléaires jamais observées auparavant dans la gamme d'énergie impliquée dans la production de cérium dans les étoiles", explique Simone Amaducci des Southern National Laboratories de l'INFN et premier auteur de l'étude. "C'est grâce à la très haute résolution énergétique de l'appareil expérimental du CERN et à la disponibilité d'un échantillon très pur de cérium 140."

L’abondance d’éléments plus lourds que le fer observée dans les étoiles (comme l’étain, l’argent, l’or et le plomb) peut être reproduite mathématiquement en émettant l’hypothèse de l’existence de deux processus de capture de neutrons :le processus lent (s) et le processus rapide (r).

Le processus s correspond à un flux de neutrons de 10 millions de neutrons par centimètre cube tandis que le processus r a un flux de plus d'un million de milliards de milliards de neutrons par centimètre cube. Selon les théories, le processus produit environ la moitié des éléments plus lourds que le fer dans l'univers, y compris le cérium.

L'installation de temps de vol des neutrons (n_TOF) du CERN est conçue pour étudier les interactions neutroniques, telles que celles qui se produisent dans les étoiles. Dans cette étude, les scientifiques ont utilisé l'installation pour mesurer la réaction nucléaire de l'isotope du cérium 140 avec un neutron pour produire l'isotope 141.

Selon des modèles théoriques sophistiqués, cette réaction particulière joue un rôle crucial dans la synthèse des éléments lourds dans les étoiles. Plus précisément, les scientifiques ont examiné la section efficace de la réaction :la grandeur physique qui exprime la probabilité qu'une réaction se produise. Les scientifiques ont mesuré la section efficace à une large gamme d'énergies avec une précision 5 % supérieure aux mesures précédentes.

Les résultats ouvrent de nouvelles questions sur la composition chimique de l’univers. "Ce qui nous a intrigués au début, c'est la divergence entre les modèles théoriques d'étoiles et les données d'observation du cérium dans les étoiles de l'amas globulaire M22 de la constellation du Sagittaire", explique Sergio Cristallo de l'Observatoire astronomique des Abruzzes de l'INAF, qui a proposé l'expérience.

"Les nouvelles données nucléaires diffèrent considérablement, jusqu'à 40 %, des données présentes dans les bases de données nucléaires actuellement utilisées, bien au-delà de l'incertitude estimée."

Ces résultats ont des implications astrophysiques notables, suggérant une réduction de 20 % de la contribution du processus s à l'abondance de cérium dans l'univers. Cela signifie qu'un changement de paradigme est nécessaire dans la théorie de la nucléosynthèse du cérium :d'autres processus physiques qui ne sont pas actuellement inclus devraient être pris en compte dans les calculs de l'évolution stellaire.

De plus, les nouvelles données ont un impact significatif sur la compréhension des scientifiques de l'évolution chimique des galaxies, qui affecte également la production d'éléments plus lourds dans l'univers.