Les Physiciens Percèdent le Mystère de la Création des Éléments Lourds dans les Étoiles
Des expériences révolutionnaires menées au Facility for Rare Isotope Beams (FRIB) du Michigan éclairent enfin comment les éléments plus lourds que le fer se forment dans les étoiles. Ces découvertes marquent une avancée majeure dans notre compréhension de l'origine cosmique des éléments constitutifs de notre univers.
Le FRIB, situé sur le campus de l'Université d'État du Michigan, recrée les conditions extrêmes des étoiles en accélérant des noyaux atomiques à des vitesses prodigieuses. Ces collisions produisent des isotopes rares identiques à ceux générés dans les réactions stellaires, permettant aux scientifiques de retracer l'origine des éléments lourds comme l'or ou le plomb.
Jusqu'au fer, les étoiles créent des éléments par fusion nucléaire classique. Au-delà, un mécanisme différent entre en jeu : la capture de neutrons. Pendant des décennies, on ne connaissait que deux processus (s et r). Mais depuis les années 1970, John Cowan avait théorisé un troisième chemin intermédiaire : l'i-process.
Ce processus intermédiaire semble se produire dans des étoiles particulières comme les géantes rouges ou les naines blanches 'renaissantes'. Les expériences du FRIB utilisent un accélérateur de particules de 150 mètres pour fragmenter des noyaux stables et étudier ces réactions insaisissables.
Grâce au détecteur SuN, les chercheurs mesurent les taux de capture neutronique critiques. Les premiers résultats corroborent parfaitement les anomalies observées dans certaines vieilles étoiles pauvres en métaux, validant ainsi l'existence de l'i-process.
Prochaine étape : appliquer ces méthodes au r-process pour élucider enfin l'origine cosmique de l'or et du platine. Selon Artemis Spyrou, physicienne au FRIB, ces découvertes révolutionnaires nous rapprochent d'une compréhension complète de notre héritage stellaire.
Bí Mật Vũ Trụ: Các Nhà Vật Lý Giải Mã Cách Ngôi Sao Tạo Ra Nguyên Tố Nặng
Những thí nghiệm đột phá tại Cơ sở Chùm Đồng Vị Hiếm (FRIB) ở Michigan đang hé lộ bí ẩn về cách các nguyên tố nặng hơn sắt được hình thành trong vũ trụ. Khám phá này mở ra cánh cửa hiểu biết mới về nguồn gốc của vàng, bạch kim và nhiều nguyên tố quý giá khác.
Tọa lạc giữa khoa Hóa học và trung tâm biểu diễn nghệ thuật của Đại học Michigan State, FRIB tái tạo điều kiện khắc nghiệt bên trong các ngôi sao. Bằng cách đập các hạt nhân nguyên tử vào bia mục tiêu với vận tốc bằng nửa tốc độ ánh sáng, các nhà khoa học tạo ra những đồng vị phóng xạ giống hệt trong các phản ứng sao.
Trong khi cơ chế tạo nguyên tố nhẹ hơn sắt đã được hiểu rõ, quá trình hình thành các nguyên tố nặng vẫn là ẩn số lớn. Hiện nay, FRIB đang tái tạo thành công một trong ba cơ chế chính - quá trình bắt neutron trung gian (i-process) - và chuẩn bị nghiên cứu cơ chế tạo ra vàng.
Vũ trụ sơ khai chỉ có hydro, heli và liti. Các ngôi sao đầu tiên xuất hiện sau đó đã làm giàu vũ trụ bằng các nguyên tố nặng hơn thông qua phản ứng tổng hợp hạt nhân. Tuy nhiên, khi đạt đến sắt, ngôi sao không thể tiếp tục tổng hợp mà phải nổ tung thành siêu tân tinh.
Từ thập niên 1950, giới khoa học đã đề xuất cơ chế 'bắt neutron' để giải thích nguồn gốc các nguyên tố nặng. Trong nhiều thập kỷ, chỉ có hai quá trình được biết đến: s-process (chậm) xảy ra ở sao khổng lồ đỏ và r-process (nhanh) trong va chạm sao neutron.
Nhưng từ những năm 1970, John Cowan - khi đó là nghiên cứu sinh - đã dự đoán về một quá trình trung gian. Phải đến đầu thế kỷ 21, khi phân tích thành phần hóa học của các ngôi sao cổ đại, các nhà thiên văn mới tìm thấy bằng chứng ủng hộ giả thuyết này.
Hiện nay, FRIB đang kết hợp lý thuyết và thực nghiệm để làm sáng tỏ i-process. Máy gia tốc hạt dài 150m cùng hệ thống dò SuN cho phép họ nghiên cứu các đồng vị phóng xạ tồn tại chỉ vài mili giây. Kết quả ban đầu phù hợp đáng kinh ngạc với quan sát từ các ngôi sao nghèo kim loại.
Trong tương lai gần, nhóm nghiên cứu sẽ áp dụng phương pháp tương tự để khám phá bí ẩn về nguồn gốc của vàng và bạch kim - những nguyên tố được cho là hình thành trong r-process. Artemis Spyrou, trưởng nhóm nghiên cứu, tin rằng trong 5-10 năm tới, chúng ta sẽ có bức tranh hoàn chỉnh về cách vũ trú tạo ra mọi nguyên tố trong bảng tuần hoàn.
