Un equip liderat per l'Institut de Física Corpuscular (IFIC), centre mixt de la Universitat de València (UV) i el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), ha aconseguit recrear en un laboratori del CERN a Suïssa una reacció nuclear clau per a comprendre l'origen i evolució de la Via Làctia i del sistema solar. En un treball publicat en Physical Review Letters detallen com es forma el Plom-204, un isòtop rellevant per a explicar l'evolució de la composició química de la galàxia des que es van formar les primeres estreles, fa uns dotze mil milions d'anys. La formació d'aquest isòtop en estreles gegants roges també permet datar els primers materials sòlids que es van crear en la galàxia, i s'utilitzen per a datar la seua edat.

La quantitat de Plom-204 (Pb204) produït en les estreles gegants roges no s'havia pogut quantificar amb precisió fins a la data a causa del desconeixement d'una reacció nuclear que ocorre en un isòtop de l'element químic que el precedeix, el Tal·li-204 (Tl204). Aquest isòtop és radioactiu i dura una mitjana de 3,78 anys abans de desintegrar-se. Per tant, resulta extremadament complicat produir una mostra d'aquest material per a experimentar amb ell.

Ara, un grup d'investigació de l’IFIC i la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC), gràcies a una col·laboració amb el Paul-Scherrer Institute (PSI) a Suïssa i amb el reactor d'alt flux de Grenoble en l’Institut Laue-Langevin (ILL) a França, han aconseguit produir una mostra de Tal·li-204 prou gran com per treballar amb ella en el laboratori d'experimentació amb neutrons n_TOF del CERN, situat a Ginebra (Suïssa).

Després de sintetitzar i caracteritzar aquesta mostra, l'equip de recerca va mesurar per primera vegada la reacció d'un feix de neutrons sobre aquest isòtop. A continuació, van realitzar càlculs amb experts en astrofísica dins el marc de NuGrid, una col·laboració internacional que desenvolupa eines per a simulacions de nucleosíntesis a gran escala amb aplicacions en física nuclear.

Els resultats obtinguts han permés quantificar de manera precisa, per primera vegada, la quantitat de Plom-204 que es produeix en estreles gegants roges de tipus AGB. Aquest tipus d'estreles té un paper fonamental en l'evolució de la composició química dels elements presents en la Via Làctia i el sistema solar, sent les responsables de la creació de la meitat dels elements més pesats que el ferro existent en la naturalesa. El cicle de vida d'aquestes estreles contribueix a l'enriquiment químic de les galàxies en l'univers.

“El resultat obtingut mostra un excel·lent acord amb abundàncies de Plom-204 mesurades en condrites carbòniques de tipus Ivuna (CI), meteorits que preserven la composició química del sistema solar”, explica César Domingo, investigador del CSIC que lidera l'estudi en l’IFIC. “No seria necessari recórrer a hipòtesis alternatives de nucleosíntesi de Pb204, com ara supernoves o possibles mecanismes de fraccionament que pogueren haver ocorregut en el sistema solar primerenc”, puntualitza.

“A pesar que aquest experiment ha suposat un avanç significatiu, necessitem noves idees disruptives per poder accedir en el laboratori a molts més nuclis de gran interés com aquest, però que es produeixen en entorns estel·lars explosius com supernoves o sistemes binaris d'estreles de neutrons”, conclou l'investigador.

A més, aquesta investigació ha constituït el treball de tesi doctoral d'Adrià Casanovas Hoste, integrat dins un projecte del pla nacional coordinat entre l'Institut de Física Corpuscular i la Universitat Politècnica de Catalunya, així com en el marc d'un projecte europeu ERC Consolidator (HYMNS).

Referència:
A. Casanovas-Hoste et al. (n_TOF Collaboration). Shedding Light on the Origin of 204Pb, the Heaviest 𝑠-Process–Only Isotope in the Solar System. Phys. Rev. Lett. 133, 052702.