Oamenii de știință au găsit ingredientul secret al aurului. Răspunsul se ascunde în inima unor explozii cosmice

Metalele prețioase ale universului, precum aurul și platina, ar putea depinde de un ciudat capriciu cuantic al neutrinilor, cunoscuți și ca „particule fantomă”. Pentru prima dată, o simulare detaliată a modului în care acești neutrini își schimbă identitatea în timpul coliziunilor cataclismice dintre stelele neutronice a dezvăluit un impact uriaș asupra cantității de elemente grele create.

Conform noilor rezultate, atunci când aceste transformări ale neutrinilor sunt luate în calcul, producția de aur și platină poate crește de până la zece ori. În schimb, atunci când efectul este complet eliminat din simulări, sinteza elementelor grele scade dramatic.

De zeci de ani, una dintre marile enigme ale astrofizicii a fost originea exactă a elementelor mai grele decât fierul. Știam că stelele sunt „cuptoarele” Universului, dar rețeta lor se oprea la fier. Ipoteza principală indica spre coliziunile violente dintre stelele neutronice, dar modelele aveau lacune. Această nouă cercetare nu adaugă doar un detaliu, ci oferă o verigă lipsă crucială, arătând că fizica subtilă a particulelor subatomice are un rol de regizor în crearea celor mai prețioase metale din cosmos, arată Science Alert.

Aceste coliziuni, unele dintre cele mai dense și violente evenimente din cosmos, sunt considerate adevăratele „fabrici” de elemente grele. În timp ce fuziunea din nucleul stelelor obișnuite se oprește la fier, metalele mai grele se formează prin procesul de captură rapidă a neutronilor (procesul r), care are loc în exploziile de tip kilonovă ce urmează unei fuziuni de stele neutronice.

Care ingredientul secret al aurului: transformarea neutrinilor rescrie rețeta cosmică

Provocarea este una monumentală: cum simulezi un proces care durează nanosecunde într-unul dintre cele mai haotice medii imaginabile? Tocmai această dificultate explică de ce, până acum, modelele au ignorat acest factor. „Simulările anterioare ale fuziunilor de stele neutronice binare nu au inclus transformarea tipului de neutrin”, a admis fizicianul Yi Qiu de la Universitatea de Stat din Pennsylvania, subliniind nu doar o limitare tehnică, ci și o frontieră a cunoașterii în fizica teoretică, dincolo de Modelul Standard.

Neutrinii, numiți „particule fantomă” din cauza masei lor infime și a interacțiunilor slabe cu materia, există în trei „arome”: electron, muon și tau. Pe măsură ce călătoresc, efectele cuantice îi fac să oscileze între aceste arome. Echipa s-a concentrat pe cea mai relevantă transformare din acest mediu extrem: conversia neutrinilor de tip electron în neutrini de tip muon.

„Neutrinii de tip electron pot lua un neutron și îl pot transforma într-un proton și un electron. Dar neutrinii de tip muon nu pot face acest lucru. Prin urmare, conversia tipurilor de neutrini poate modifica numărul de neutroni disponibili, ceea ce are un impact direct asupra creării metalelor grele.”, a spus fizicianul David Radice, de la aceeași universitate.

Noile simulări arată că amploarea și locația acestor transformări influențează totul: de la materia aruncată în spațiu și compoziția rămășiței de după fuziune, până la materialul înconjurător.

Un nou semnal pentru vânătorii de particule fantomă

Mai mult, se pare că transformările ar putea crește și luminozitatea undelor gravitaționale generate după fuziune cu până la 20%, oferind un nou mod de a observa acest fenomen. Deși cercetătorii nu sunt încă siguri exact când și cum au loc aceste transformări în timpul fuziunilor, noile descoperiri subliniază importanța lor crucială.

„Înțelegerea noastră actuală sugerează că sunt foarte probabile, iar simulările noastre arată că, dacă au loc, pot avea efecte majore, fiind important să le includem în modelele și analizele viitoare”, concluzionează Qiu.

Implicațiile acestui studiu depășesc simpla curiozitate academică. Pentru observatoarele de unde gravitaționale precum LIGO și Virgo, aceste rezultate oferă o „amprentă” mai clară pe care să o caute. O creștere de 20% în luminozitatea semnalului gravitațional este o predicție testabilă, care ar putea ajuta astronomii să analizeze viitoarele coliziuni cu o precizie fără precedent. În esență, studiul transformă particulele fantomă în ghizi care ne pot conduce nu doar spre aurul cosmic, ci și spre o înțelegere mai profundă a Universului.

Cercetarea a fost publicată în Physical Review Letters.