Los investigadores de la colaboración del Centro de Tiempo de Vuelo de Neutrones (n_TOF) de la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN) están explorando los procesos de producción del elemento cerio (Ce, número atómico de 58), en las estrellas.
El Cerio es un metal de tierras raras utilizado en diversas aplicaciones, como ciertos tipos de bombillas, televisores de pantalla plana y aplicaciones biomédicas. Aunque es escaso en la corteza terrestre, el cerio es relativamente más abundante en el universo.
Usos del Cerio en la actualidad
El cerio tiene una amplia variedad de aplicaciones en diferentes industrias. Algunos de los usos más comunes del cerio son los siguientes:
- Aleaciones metálicas: El cerio se utiliza en la producción de aleaciones de aluminio y hierro que se utilizan en la fabricación de motores de aviones, automóviles y turbinas de gas.
- Catalizadores: El cerio se usa como componente de los catalizadores que se utilizan en procesos químicos, como la producción de gasolina y otros productos derivados del petróleo.
- Vidrios ópticos: El cerio se emplea para fabricar vidrios de alta calidad que se emplean en lentes de cámaras, microscopios, telescopios y pantallas de televisores.
- Cerámica: El cerio se utiliza como aditivo en la producción de cerámica y esmaltes para aumentar la resistencia al desgaste y mejorar la durabilidad.
- Piedras de pedernal: El cerio se usa en la producción de piedras de pedernal para encendedores.
- Electrodos de soldadura: El cerio se emplea en la producción de electrodos de soldadura para aceros inoxidables y aleaciones de níquel.
- Pigmentos: El cerio se emplea en la producción de pigmentos, como el cerio verde, que se utilizan en la industria de la pintura.
"La medición que llevamos a cabo nos permitió identificar resonancias nucleares nunca antes observadas en el rango de energía involucrado en la producción de cerio en las estrellas", explicó Simone Amaducci, primer autor del artículo que describe los hallazgos. "Esto se debe a la resolución de energía muy alta del aparato experimental del CERN y a la disponibilidad de una muestra muy pura de cerio 140".
La abundancia de elementos más pesados que el hierro en las estrellas, como estaño, plata, oro y plomo, puede explicarse matemáticamente mediante la hipótesis de dos procesos de captura de neutrones: el proceso lento (s) y el proceso rápido (r). Se cree que el proceso r, con un flujo de neutrones extremadamente alto, produce aproximadamente la mitad de los elementos más pesados que el hierro en el universo, incluido el cerio.
El n_TOF del CERN está diseñado para estudiar las interacciones de neutrones, como las que ocurren en las estrellas. En este estudio, los científicos utilizaron la instalación para medir la reacción nuclear del isótopo de cerio 140 con un neutrón para producir el isótopo 141.
Según modelos teóricos sofisticados, esta reacción desempeña un papel crucial en la síntesis de elementos pesados en las estrellas. Específicamente, los científicos observaron la sección transversal de la reacción, que es la cantidad física que expresa la probabilidad de que ocurra una reacción. Lograron medir la sección transversal en una amplia gama de energías con un 5% más de precisión que las mediciones anteriores.
Estos resultados abren nuevas preguntas sobre la composición química del universo.
Sagitario proporciona pistas interesantes al respecto. "Lo que nos intrigó inicialmente fue una discrepancia entre los modelos estelares teóricos y los datos de observación del cerio en las estrellas del cúmulo globular M22 en la constelación de Sagitario", comentó Sergio Cristallo, quien propuso el experimento. "Los nuevos datos nucleares difieren significativamente, hasta un 40%, de los datos presentes en las bases de datos nucleares utilizadas actualmente, definitivamente más allá de la incertidumbre estimada".
Estos resultados tienen implicaciones astrofísicas notables, ya que sugieren una reducción del 20% en la contribución del proceso lento a la abundancia de cerio en el universo. Esto implica un cambio de paradigma en la teoría de la nucleosíntesis del cerio, lo que sugiere que otros procesos físicos actualmente no considerados deberían tenerse en cuenta en los cálculos de la evolución estelar.
Además, estos nuevos datos tienen un impacto significativo en la comprensión de los científicos sobre la evolución química de las galaxias, lo que también afecta la producción de elementos más pesados en el universo.
