Experimento com feixe de cromo-52 no FRIB aprimora a compreensão sobre a origem dos raios cósmicos e a química galáctica

A morte de uma estrela massiva culmina em uma explosão cataclísmica, lançando núcleos elementares no espaço interestelar. Esses núcleos, que compõem os raios cósmicos, viajam a velocidades próximas à da luz e, eventualmente, são detectados por instrumentos terrestres ou espaciais. Recentemente, Ghosh e sua equipe concluíram um experimento pioneiro no Facility for Rare Isotope Beams (FRIB) da Michigan State University, onde geraram e fragmentaram um feixe de núcleos de cromo-52. Este isótopo é de particular interesse para a astrofísica, pois pode elucidar diversos processos galácticos, mas suas propriedades nucleares relevantes nunca haviam sido medidas experimentalmente, deixando uma lacuna crucial na nossa compreensão da composição e evolução do universo.

Ao longo de sua jornada pela galáxia, núcleos de raios cósmicos, como o cromo-52, podem colidir com átomos de hidrogênio presentes no meio interestelar. Essas colisões de alta energia resultam na fragmentação dos núcleos mais pesados em elementos mais leves, um processo conhecido como espalação de prótons. Por exemplo, o ferro sintetizado em supernovas pode se decompor em elementos como sódio e outras partículas mais leves ao interagir com o hidrogênio galáctico. Compreender a taxa e a probabilidade dessas reações é fundamental para reconstruir a história dos raios cósmicos e a química da Via Láctea.

O experimento, realizado no início deste mês, focou precisamente na medição dessas interações. A equipe registrou as seções transversais de espalação de prótons para o cromo-52, dados que são cruciais para auxiliar os cientistas a rastrear com maior precisão a origem dos elementos detectados como raios cósmicos. Ghosh enfatiza a necessidade contínua de mais dados, explicando que "os dados nucleares atuam como tradutores para as informações coletadas por missões espaciais como a Voyager 1 e 2, convertendo-as em uma compreensão significativa da nossa galáxia". Essa analogia destaca a importância da física nuclear experimental para a interpretação de observações astrofísicas.

Um dos principais desafios para a realização deste experimento foi a obtenção do cromo-52 enriquecido. Ghosh ressalta que o custo é proibitivo, aproximadamente US$ 150 mil por uma amostra do tamanho de um pequeno quadrado de chocolate, o que inviabiliza o uso de materiais comerciais. Para contornar essa dificuldade e viabilizar a pesquisa, o FRIB desenvolveu uma abordagem inovadora: produziu o cromo-52 por meio de reações nucleares controladas, utilizando um feixe de níquel-58 direcionado a um alvo de carbono. Essa metodologia permitiu a geração do material necessário para o estudo em condições de laboratório.

O experimento teve uma duração total de 43 horas, um período intensivo durante o qual a equipe conseguiu coletar com sucesso dados sobre 50 a 60 isótopos de interesse, resultantes das colisões e da subsequente fragmentação dos elementos. Esses resultados representam um avanço significativo na física nuclear e na astrofísica, fornecendo informações inéditas sobre as interações de raios cósmicos. A análise aprofundada desses dados permitirá aos cientistas refinar modelos de propagação de raios cósmicos, entender melhor a nucleossíntese estelar e a evolução química da galáxia, abrindo novas perspectivas para a compreensão dos fenômenos mais energéticos do universo.