Ora, in un nuovo studio pubblicato su Physical Review Letters , la collaborazione n_TOF al CERN studia come viene prodotto il cerio nelle stelle. I risultati differiscono da quanto previsto dalla teoria, indicando la necessità di rivedere i meccanismi ritenuti responsabili della produzione di cerio e di altri elementi più pesanti nell'universo.

"La misura che abbiamo effettuato ci ha permesso di individuare risonanze nucleari mai osservate prima nell'intervallo energetico coinvolto nella produzione del cerio nelle stelle", spiega Simone Amaducci dei Laboratori Nazionali del Sud dell'INFN e primo autore dello studio. "Questo grazie alla risoluzione ad altissima energia dell'apparato sperimentale del CERN e alla disponibilità di un campione molto puro di cerio 140."

L’abbondanza di elementi più pesanti del ferro osservata nelle stelle (come stagno, argento, oro e piombo) può essere riprodotta matematicamente ipotizzando l’esistenza di due processi di cattura dei neutroni:il processo lento (s) e il processo rapido (r).

Il processo s corrisponde a un flusso di neutroni di 10 milioni di neutroni per centimetro cubo mentre il processo r ha un flusso di oltre un milione di miliardi di miliardi di neutroni per centimetro cubo. Si teorizza che il processo produca circa la metà degli elementi più pesanti del ferro nell'universo, compreso il cerio.

La struttura Neutron Time-of-Flight (n_TOF) del CERN è progettata per studiare le interazioni dei neutroni, come quelle che si verificano nelle stelle. In questo studio, gli scienziati hanno utilizzato la struttura per misurare la reazione nucleare dell'isotopo 140 del cerio con un neutrone per produrre l'isotopo 141.

Secondo sofisticati modelli teorici, questa particolare reazione gioca un ruolo cruciale nella sintesi degli elementi pesanti nelle stelle. Nello specifico, gli scienziati hanno esaminato la sezione trasversale della reazione:la quantità fisica che esprime la probabilità che si verifichi una reazione. Gli scienziati hanno misurato la sezione trasversale in un'ampia gamma di energie con una precisione superiore del 5% rispetto alle misurazioni precedenti.

I risultati aprono nuove domande sulla composizione chimica dell’universo. "Ciò che ci ha incuriosito all'inizio è stata una discrepanza tra i modelli stellari teorici e i dati osservativi del cerio nelle stelle dell'ammasso globulare M22 nella costellazione del Sagittario", spiega Sergio Cristallo dell'Osservatorio Astronomico d'Abruzzo dell'INAF, che ha proposto l'esperimento.

"I nuovi dati nucleari differiscono in modo significativo, fino al 40%, dai dati presenti nei database nucleari attualmente utilizzati, decisamente oltre l'incertezza stimata."

Questi risultati hanno notevoli implicazioni astrofisiche, suggerendo una riduzione del 20% del contributo del processo s all’abbondanza di cerio nell’universo. Ciò significa che è necessario un cambio di paradigma nella teoria della nucleosintesi del cerio:altri processi fisici che attualmente non sono inclusi dovrebbero essere considerati nei calcoli dell'evoluzione stellare.

Inoltre, i nuovi dati hanno un impatto significativo sulla comprensione da parte degli scienziati dell'evoluzione chimica delle galassie, che influenza anche la produzione di elementi più pesanti nell'universo.