Desde o níquel das moedas até o ouro das joias, os elementos que compõem nosso mundo nasceram no interior de estrelas. Tradicionalmente, a física estelar reconhece dois caminhos principais para a criação de elementos mais pesados que o ferro: o processo s, de captura lenta de nêutrons, e o processo r, de captura rápida. No entanto, análises de luz estelar revelaram proporções inesperadas de elementos, sugerindo a existência de um terceiro mecanismo: o processo i ou processo intermediário.
Compreender esse processo não apenas explica observações astronômicas enigmáticas, mas também influencia modelos nucleares, tecnologias de reatores e produção de isótopos médicos. Recentemente, estudos detalhados publicados na Nature Reviews Physics por Mathis Wiedeking e colaboradores exploram como experimentos, teoria e dados astrofísicos convergem para desvendar esse fenômeno. Antes de avançar, confira os pontos-chave do processo i:
- Densidade de nêutrons intermediária entre os processos s e r;
- Tempo de captura de nêutrons também intermediário;
- Explica anomalias em estrelas pobres em metais e ricas em carbono;
- Necessita de medições indiretas devido à instabilidade de núcleos envolvidos;
- Aplicações potenciais em modelagem de reatores, produção de isótopos e tecnologia nuclear.
O papel do processo intermediário na nucleossíntese estelar
O processo s ocorre lentamente, com baixos fluxos de nêutrons, permitindo a formação de elementos até o bismuto ao longo de milhares de anos. O processo r, em contraste, apresenta densidades de nêutrons extremamente altas, capazes de criar elementos pesados como urânio e plutônio em segundos. Já o processo i ocupa uma posição intermediária, produzindo elementos pesados em condições que não se enquadram nos dois extremos.
Este processo foi inicialmente proposto em 1977, mas só recentemente ganhou impulso devido a telescópios modernos que detectam anomalias elementares em estrelas distantes. A combinação de observações astronômicas, modelagem teórica e experimentos nucleares permite aos cientistas reconstruir como o processo i influencia a nucleossíntese estelar.
Desafios experimentais e medições nucleares
Medir o processo i é complicado porque muitos núcleos envolvidos são instáveis, impossibilitando técnicas de captura de nêutrons diretas. Assim, os pesquisadores utilizam métodos indiretos, empregando aceleradores, detectores de partículas e raios gama para reconstruir reações nucleares. Experimentos em instalações como o Cíclotron de 88 polegadas, o FRIB e o Laboratório Nacional de Argonne fornecem dados essenciais que alimentam modelos astrofísicos confiáveis.
Esses dados não apenas ajudam a entender o processo i, mas também reduzem incertezas em reações nucleares aplicáveis em reatores e produção de isótopos médicos, além de contribuir para segurança nuclear e tecnologia de isótopos raros.
Novas pesquisas devem tentar explicar as anomalias elementares
O estudo do processo i promete explicar anomalias elementares observadas em estrelas específicas e aprimorar nossa compreensão da origem de elementos pesados no universo. Nos próximos 5 a 10 anos, espera-se consolidar medições experimentais, refinar modelos teóricos e estabelecer o processo i como parte fundamental da nucleossíntese estelar, similar ao processo s.
Essa pesquisa conecta astrofísica, física nuclear experimental e tecnologia aplicada, mostrando que a compreensão do cosmos pode gerar impactos diretos na ciência e na indústria aqui na Terra.
