Per la prima volta sono state misurate le energie di legame nucleare di diversi isotopi delle terre rare. L'esperimento condotto nel Laboratorio di accelerazione dell'Università di Jyväskylä, Finlandia, fornisce dati essenziali per comprendere come si producono nel Cosmo elementi più pesanti del ferro.

L'origine degli elementi chimici più pesanti del ferro, come oro o platino, scienziati perplessi per lungo tempo. Recenti osservazioni multimessenger da una fusione di due stelle di neutroni (GW170817), e in particolare la kilonova associata, ha fatto luce su questo e ha confermato che gli elementi più pesanti del ferro si formano almeno in questo tipo di fusioni tramite il processo di cattura rapida dei neutroni, il processo r. Inoltre, il passaggio dalla kilonova blu a quella rossa indicava che venivano prodotti anche elementi più leggeri del processo r, in contrasto con le aspettative di soli elementi più pesanti. Per comprendere in dettaglio il processo r, è fondamentale migliorare i calcoli associati con dati nucleari più precisi. Il processo di cattura rapida dei neutroni procede lungo nuclei radioattivi ricchi di neutroni, che alla fine decadono in isotopi stabili di elementi chimici che abbiamo in natura. Perciò, le proprietà dei nuclei ricchi di neutroni, come le loro energie vincolanti, sono essenziali per i calcoli e ciò che prevedono per le abbondanze di elementi chimici prodotti in diverse condizioni astrofisiche. Questo sarà sempre più importante nell'avvento di nuove osservazioni multimessenger.

Dati sperimentali precisi per calcoli migliori

Le energie di legame nucleare per dodici nuclei nella regione delle terre rare sono state recentemente misurate nel Laboratorio di accelerazione dell'Università di Jyväskylä utilizzando uno spettrometro di massa a trappola di Penning JYFLTRAP. Sei dei nuclidi studiati sono stati misurati per la prima volta. I risultati hanno il maggiore impatto sull'abbondanza di isotopi delle terre rare prodotti nel processo di cattura rapida dei neutroni. Con il nuovo, energie di legame nucleare sperimentali più precise, sono state osservate variazioni fino al 25% nelle abbondanze calcolate ed è stato raggiunto un migliore accordo con le abbondanze osservate. Inoltre, lo sbalzo dispari-pari nelle energie di legame dei neutroni misurate è risultato essere più debole di quanto previsto dai modelli teorici di massa nucleare tipicamente utilizzati per i calcoli del processo r.

"Con i nuovi dati sperimentali, calcoli per la nucleosintesi di elementi più pesanti in condizioni diverse, come nelle fusioni di stelle di neutroni, si può fare in modo più accurato. Questo ci aiuta a capire meglio come si formano gli elementi più pesanti nel Cosmo, ", afferma Anu Kankainen, ricercatore dell'Accademia del Dipartimento di Fisica dell'Università di Jyväskylä.

I risultati sono stati pubblicati in Lettere di revisione fisica .