Des chercheurs de l'installation de temps de vol des neutrons (n_TOF) du CERN étudient la manière dont le cérium est produit dans les étoiles.
Le cérium est un métal des terres rares utilisé dans certains types d’ampoules, de téléviseurs à écran plat et dans des applications biomédicales. Si l’élément est rare dans la croûte terrestre, il est légèrement plus abondant dans l’univers.
« Les mesures que nous avons effectuées nous ont permis d'identifier des résonances nucléaires jamais observées auparavant dans la gamme d'énergie impliquée dans la production de cérium dans les étoiles », a déclaré Simone Amaducci, premier auteur de l'article décrivant les résultats, dans un communiqué aux médias. « Cela est dû à la très haute résolution énergétique de l'appareil expérimental du CERN et à la disponibilité d'un échantillon très pur de cérium 140. »
L'abondance d'éléments plus lourds que le fer observée dans les étoiles, comme l'étain, l'argent, l'or et le plomb, peut être reproduite mathématiquement en émettant l'hypothèse de l'existence de deux processus de capture de neutrons : le processus lent (s) et le processus rapide (r).
Le processus s correspond à un flux de neutrons de 10 millions de neutrons par centimètre cube. Le processus r a un flux de plus d'un million de milliards de milliards de neutrons par centimètre cube. Selon les théories, le processus produirait environ la moitié des éléments plus lourds que le fer dans l'univers, y compris le cérium.
Le n_TOF du CERN est conçu pour étudier les interactions neutroniques, telles que celles qui se produisent dans les étoiles. Dans cette étude, les scientifiques ont utilisé l’installation pour mesurer la réaction nucléaire de l’isotope du cérium 140 avec un neutron pour produire l’isotope 141.
Selon des modèles théoriques sophistiqués, cette réaction particulière joue un rôle crucial dans la synthèse des éléments lourds dans les étoiles. Plus précisément, les scientifiques ont examiné la section efficace de la réaction : la grandeur physique qui exprime la probabilité qu'une réaction se produise. Ils ont mesuré la section efficace dans une large gamme d’énergies avec une précision 5 % supérieure à celle des mesures précédentes.
Les résultats ouvrent de nouvelles questions sur la composition chimique de l’univers.
Le Sagittaire a quelques indices
« Ce qui nous a intrigués au début était une divergence entre les modèles théoriques d'étoiles et les données d'observation du cérium dans les étoiles de l'amas globulaire M22 dans la constellation du Sagittaire », a déclaré Sergio Cristallo, qui a proposé l'expérience. « Les nouvelles données nucléaires diffèrent considérablement, jusqu'à 40 %, des données présentes dans les bases de données nucléaires actuellement utilisées, bien au-delà de l'incertitude estimée. »
Ces résultats ont des implications astrophysiques notables, suggérant une réduction de 20 % de la contribution du processus s à l'abondance de cérium dans l'univers. Cela signifie qu'un changement de paradigme est nécessaire dans la théorie de la nucléosynthèse du cérium : d'autres processus physiques qui ne sont actuellement pas inclus devraient être pris en compte dans les calculs de l'évolution stellaire.
En outre, les nouvelles données ont un impact significatif sur la compréhension des scientifiques de l'évolution chimique des galaxies, qui affecte également la production d'éléments plus lourds dans l'univers.
