Cómo nace el calcio en las explosiones estelares exprés
En el interior de una estrella moribunda, antes de la explosión de la supernova, tienen lugar reacciones nucleares que determinan qué elementos químicos se dispersarán por el cosmos. Una de estas reacciones es la colisión de un núcleo de oxígeno con un protón, tras la cual se produce un núcleo de nitrógeno y una partícula alfa (núcleo de helio). De la velocidad de esta reacción depende la cantidad de calcio y azufre que se forme, elementos que los astrónomos utilizan para inferir la composición de la estrella progenitora.
Durante mucho tiempo, los datos de diferentes experimentos se contradecían: unas mediciones daban una velocidad de reacción siete veces mayor que la estándar, otras menor. Para aclararlo, los físicos utilizaron el detector MUSIC, que captura partículas directamente en la cámara de gas, como un micrófono que capta el sonido. La nueva medición, realizada a energías características de la explosión, mostró que la velocidad de la reacción es una vez y media mayor que la del repertorio REACLIB, pero no siete veces mayor. La dispersión de los datos antiguos se ha reducido considerablemente.
Pero incluso con la nueva velocidad de reacción no se logra explicar por qué en los restos de supernovas de diferentes edades hay distintas proporciones de calcio y azufre. Así que el misterio reside en otras reacciones de la combustión del oxígeno, por ejemplo, en la fusión de dos núcleos de oxígeno o de oxígeno con carbono. Es precisamente la precisión de estas reacciones la que hay que mejorar en futuros experimentos para entender cómo las estrellas forjan los elementos.
Resumen original
tal como lo escribieron los autores, en inglés arXiv:2603.06307
The $$^{16}$$O$$(p,\alpha)^{13}$$N reaction plays a key role in shaping the $$\alpha$$-particle abundance during explosive oxygen burning in Type Ia supernovae. By enhancing $$\alpha$$-production, this reaction directly affects the calcium-to-sulphur (Ca/S) and argon-to-sulphur (Ar/S) ratios, which serves as a tracer of progenitor metallicity. However, recent work suggests that the rate must be enhanced by a factor of up to seven over the standard value to explain observed Ca/S ratios across a range of progenitor metallicities. To explore this impact, available experimental cross-section data for the $$^{16}$$O$$(p,\alpha)^{13}$$N reaction have been compiled and critically evaluated. Significant discrepancies are identified in the low-energy region ($$E_{\mathrm{cm}}$$ = 5.7--7.0 MeV), primarily due to limitations of the activation method. To resolve this, the first direct measurement at astrophysical energies has been performed using the MUSIC active-target detector. The new $$^{16}$$O$$(p,\alpha)^{13}$$N thermonuclear reaction rate is found to be approximately 1.5 times higher than the REACLIB rate in the temperature range T = 3--4 GK, with more constrained uncertainties that resolve the previously large spread among existing data. The suggested factor of seven enhancement is excluded and these results indicate that this reaction alone cannot fully explain the variation in the Ca/S and Ar/S ratios observed across different progenitor metallicities. Therefore, future work should focus on reducing the uncertainties in other key oxygen-burning reactions, particularly $$^{16}$$O+$$^{16}$$O and $$^{12}$$C+$$^{16}$$O. Further reducing the constraints on the $$^{16}$$O$$(p,\alpha)^{13}$$N rate is also needed to fully determine to whether a nuclear physics solution to this discrepancy is possible.
El detector MUSIC funciona como una cámara de gas en la que las partículas dejan huellas, y los físicos pueden literalmente 'escuchar' cada colisión de núcleos.
En la novela 'Solaris' de Stanisław Lem, el océano del planeta cambia la órbita manipulando la gravedad, de manera similar a como las reacciones nucleares en las supernovas controlan la composición química de galaxias enteras.