Cómo pesar el titanio en una supernova exprés
Cuando una estrella masiva explota como supernova, en su interior se forjan núcleos pesados en cuestión de segundos. Entre ellos está el titanio-44, un isótopo radiactivo que durante años emite rayos gamma. Cuánto de él sobrevive depende de una reacción nuclear: un protón es capturado por el núcleo de vanadio-45 y lo convierte en cromo-46. Es como una puerta estrecha por la que parte del titanio se escapa de la cadena de síntesis.
Recientemente, los físicos midieron esta reacción directamente por primera vez, pero la precisión chocaba con la masa del cromo-46. Ahora han obtenido un valor de masa cuatro veces más preciso, y la velocidad de la reacción a las temperaturas de la explosión estelar ha aumentado hasta el 69%. En el modelo de supernova de 20 masas solares, esto produce un 26% más de titanio-44 en el material expulsado.
Curiosamente, para la supernova 1987A los cambios son casi nulos. Todo depende de la composición del material expulsado: si contiene muchos protones libres, la reacción es activa; si el material es más rico en neutrones, hay pocos protones y la puerta está casi cerrada. Así que el titanio-44 es sensible a cuán 'protonada' fue la explosión.
Resumen original
tal como lo escribieron los autores, en inglés arXiv:2608.17757v1
The thermonuclear $$^{45}$$V($$p,\gamma$$)$$^{46}$$Cr reaction is the primary leakage pathway from the $$^{44}$$Ti--$$^{45}$$V quasi-equilibrium cluster during $$\alpha$$-rich freeze-out in core-collapse supernovae (CCSN), governing the final abundance of the $$\gamma$$-ray-emitting isotope $$^{44}$$Ti. A recent high-resolution $$\gamma$$-ray study [C. Cousins \textit{et al.}, Phys. Rev. Lett. 136, 252701 (2026)] identified ten previously unknown low-spin proton-unbound states in $$^{46}$$Cr, enabling the first experimentally constrained $$^{45}$$V($$p,\gamma$$)$$^{46}$$Cr reaction rate using the AME2020 mass excess, $$\text{ME}(^{46}\text{Cr}) = -29472(11)$$~keV. Here, we adopt the four-fold more precise CSRe mass excess $$\text{ME}(^{46}\text{Cr}) = -29477.2(2.6)$$~keV [M.~Wang \textit{et al.}, Phys. Rev. C \textbf{106}, L051301 (2022)] to recalculate the reaction rate. Including proton capture on the ground and first two excited states of $$^{45}$$V alongside new shell-model proton spectroscopic factors, we reduce mass-related rate uncertainties to a subdominant level. The revised rate is up to 69% higher than that of Cousins \textit{et al.} at $$\alpha$$-rich freeze-out temperatures ($$T \simeq 1.5$$--$$2$$~GK). CCSN nucleosynthesis calculations show this revised rate increases the ejected $$^{44}$$Ti yield by $$\sim$$26% in a $$20\,M_\odot$$ model compared to The \textit{et al.} [ApJ \textbf{504}, 500 (1998)], while causing negligible changes for the SN~1987A trajectory. We demonstrate that $$^{44}$$Ti production sensitivity is dictated by the ejecta electron fraction ($$Y_e$$): the reaction significantly affects proton-rich ejecta ($$Y_e \approx 0.50$$) but has little impact on neutron-rich ejecta ($$Y_e \approx 0.496$$), where lower free-proton abundances suppress reaction flow. This reconciles conflicting results from past sensitivity studies.
El titanio-44 se desintegra con un período de semidesintegración de unos 60 años: un instante en escalas astronómicas, pero suficiente para que el remanente de una supernova brille en rayos gamma durante décadas.