Gambar Teleskop Luar Angkasa Hubble ini menunjukkan sisa supernova yang diduga menciptakan magnetar. Kredit: NASA/JPL/Tim Warisan Hubble (STScI/AURA)
Para ilmuwan telah mengusulkan proses nukleosintesis baru, proses νr, yang mungkin menjelaskan asal usul isotop langka di tata surya.
Proses nukleosintesis baru yang dilambangkan dengan proses νr telah dikemukakan oleh para ilmuwan. Ia beroperasi ketika material kaya neutron terkena fluks neutrino yang tinggi. Proposal teoritis, yang baru-baru ini diterbitkan di Surat Tinjauan Fisik oleh para peneliti dari GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung, Technische Universität Darmstadt, dan Institut Astrofisika Max Planck, mungkin merupakan solusi untuk masalah lama terkait dengan produksi sekelompok isotop langka yang ada di tata surya namun asal usulnya masih kurang dipahami, yang disebut inti-p.
Nukleosintesis di Bintang
Proses fusi yang terjadi di bintang masif menghasilkan inti hingga besi dan nikel. Selain itu, sebagian besar inti atom berat yang stabil, seperti timah dan emas, dihasilkan melalui proses penangkapan neutron secara lambat atau cepat. Untuk produksi sisanya, yang kekurangan neutron, berbagai proses nukleosintesis telah diusulkan. Namun, masih menjadi tantangan untuk menjelaskan besarnya jumlah tersebut 92,94Mo, 96,98Ru, dan 92Nb di tata surya (awal).
Mekanisme Proses νr
Proses νr memungkinkan produksi semua inti tersebut secara simultan karena neutrino mengkatalisis serangkaian reaksi penangkapan. Begini cara kerjanya: Proses νr beroperasi dalam aliran keluar yang kaya akan neutron dalam ledakan astrofisika yang awalnya, ketika suhu tinggi, terdiri dari neutron dan inti yang terletak di sekitar besi dan nikel. Ketika suhu material menurun, inti yang lebih berat dihasilkan dari inti yang lebih ringan melalui serangkaian penangkapan neutron dan proses interaksi yang lemah.
Namun berbeda dengan proses penangkapan neutron cepat yang reaksi lemahnya merupakan peluruhan beta, pada proses νr merupakan reaksi serapan neutrino. Setelah neutron bebas habis, reaksi serapan neutrino selanjutnya mengubah neutron yang terikat dalam inti menjadi proton yang mendorong inti yang dihasilkan menuju dan bahkan melampaui garis stabilitas beta.
Inti-p ditandai dengan warna merah. Kredit: Zewei Xiong
Energi neutrino cukup besar untuk mengeksitasi inti atom hingga meluruh melalui emisi neutron, proton, dan partikel alfa. Partikel yang dipancarkan ditangkap oleh inti berat. Hal ini memicu serangkaian reaksi penangkapan yang dikatalisis oleh neutrino yang menentukan kelimpahan akhir unsur-unsur yang dihasilkan oleh proses νr. Dengan cara ini, neutrino dapat menghasilkan inti yang kekurangan neutron yang tidak dapat diakses.
“Temuan kami membuka kemungkinan baru untuk menjelaskan asal usul inti-p melalui reaksi penyerapan neutrino pada inti atom,” kata Zewei Xiong, ilmuwan di Departemen Astrofisika dan Struktur Nuklir GSI/FAIR dan penulis terkait publikasi tersebut.
Mengidentifikasi Lingkungan Bintang
Setelah menentukan rangkaian reaksi yang mendorong proses νr, jenis ledakan bintang yang terjadi masih harus diidentifikasi. Dalam publikasinya, penulis mengusulkan agar proses νr beroperasi pada material yang dikeluarkan di lingkungan dengan medan magnet yang kuat, seperti supernova magneto-rotasi, collapsar, atau magnetar. Saran ini telah memicu ahli astrofisika untuk mencari kondisi yang sesuai, dan publikasi pertama telah melaporkan bahwa ejecta yang digerakkan secara magnetis mencapai kondisi yang diperlukan.
Penelitian dan Implikasinya di Masa Depan
Proses νr memerlukan pengetahuan tentang reaksi neutrino dan reaksi penangkapan neutron pada inti yang terletak di kedua sisi garis stabilitas beta. Mengukur reaksi yang relevan akan dimungkinkan dengan kemampuan cincin penyimpanan unik di fasilitas GSI/FAIR.
Referensi: “Produksi Inti G dari Benih Proses G: Proses G” oleh Zewei Xiong, Gabriel Martinez-Pinedo, Oliver Just dan Andre Sieverding, 9 Mei 2024, Surat Tinjauan Fisik.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.132.192701
