L'analisi del contenuto di meteoriti è stata fondamentale per far progredire la nostra conoscenza dell'origine e dell'evoluzione del nostro sistema solare. Alcuni meteoriti contengono anche granelli di polvere di stelle. Questi grani sono anteriori alla formazione del nostro sistema solare e ora forniscono importanti informazioni su come si sono formati gli elementi nell'universo.

Lavorando in collaborazione con un team internazionale, i fisici nucleari dell'Argonne National Laboratory del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE) hanno fatto una scoperta chiave relativa all'analisi dei "grani presolari" trovati in alcuni meteoriti. Questa scoperta ha fatto luce sulla natura delle esplosioni stellari e sull'origine degli elementi chimici. Ha anche fornito un nuovo metodo per la ricerca astronomica.

"Piccoli grani presolari, di circa un micron, sono i residui di esplosioni stellari in un lontano passato, molto prima che esistesse il nostro sistema solare, " disse Dariusz Seweryniak, fisico nucleare sperimentale nella divisione di fisica di Argonne. I detriti stellari delle esplosioni alla fine si sono incuneati in meteoriti che si sono schiantati sulla Terra.

Le principali esplosioni stellari sono di due tipi. Uno chiamato "nova" coinvolge un sistema stellare binario, dove una stella principale orbita attorno a una nana bianca, una stella estremamente densa che può avere le dimensioni della Terra ma ha la massa del nostro sole. La materia della stella principale viene continuamente trascinata via dalla nana bianca a causa del suo intenso campo gravitazionale. Questo materiale depositato avvia un'esplosione termonucleare ogni 1, 000 a 100, 000 anni, e la nana bianca espelle l'equivalente della massa di più di trenta Terre nello spazio interstellare. In una "supernova, " una singola stella in collasso esplode ed espelle la maggior parte della sua massa.

Nova e supernova sono le sorgenti delle eruzioni stellari più frequenti e violente nella nostra Galassia, e per questo motivo, sono da decenni oggetto di intense indagini astronomiche. Da loro si è appreso molto, Per esempio, sull'origine degli elementi più pesanti.

"Un nuovo modo di studiare questi fenomeni è analizzare la composizione chimica e isotopica dei grani presolari nei meteoriti, " ha spiegato Seweryniak. "Di particolare importanza per la nostra ricerca è una specifica reazione nucleare che si verifica in nova e supernova - cattura di protoni su un isotopo di cloro - che possiamo studiare solo indirettamente in laboratorio".

Nello svolgimento delle loro ricerche, il team ha aperto la strada a un nuovo approccio per la ricerca astrofisica. Implica l'uso del raggio gamma Energy Tracking In-beam Array (GRETINA) accoppiato al Fragment Mass Analyzer presso l'Argonne Tandem Linac Accelerator System (ATLAS), un DOE Office of Science User Facility per la fisica nucleare. GRETINA è un sistema di rilevamento all'avanguardia in grado di tracciare il percorso dei raggi gamma emessi dalle reazioni nucleari. È uno dei due soli sistemi di questo tipo al mondo.

Usando GRETINA, il team ha completato il primo studio dettagliato di spettroscopia a raggi gamma di un nucleo astronomicamente importante di un isotopo, argon-34. Dai dati, hanno calcolato la velocità di reazione nucleare che coinvolge la cattura di protoni su un isotopo di cloro (cloro-33).

"A sua volta, siamo stati in grado di calcolare i rapporti di vari isotopi di zolfo prodotti nelle esplosioni stellari, che consentirà agli astrofisici di determinare se un particolare grano presolare è di origine nova o supernova, " ha affermato Seweryniak. Il team ha anche applicato i dati acquisiti per ottenere una comprensione più profonda della sintesi degli elementi nelle esplosioni stellari.

Il team sta pianificando di continuare la propria ricerca con GRETINA come parte di uno sforzo mondiale per raggiungere una comprensione completa della nucleosintesi degli elementi nelle esplosioni stellari.