astrofísica nuclear marcelo gameiro munhoz programa de iniciação científica dfn-ifusp

Astrofísica NuclearMarcelo Gameiro Munhoz

Programa de Iniciação CientíficaDFN-IFUSP

06/04/2006 Programa de IC - DFN - IFUSP 2

O que é a Astrofísica Nuclear?

• É os estudo de processos nucleares presentes em fenômenos cosmológicos

• Como a física nuclear está presente nesses fenômenos?

• Ela está muito mais presente do que você possa imaginar...


O que é a Astrofísica Nuclear?

• Reações Nucleares ocorrem em todo o Universo desde sua origem até os dias de hoje e são responsáveis:– Pela criação de TODOS os elementos

químicos que conhecemos - Nucleossíntese;– Por todo o ciclo de vida de uma estrela,

desde seu surgimento, provém o combustível que a torna viável até seu destino final (grandes explosões, etc.)


Do Plasma de Quarks e Gluons para os Hadrons


A Física Nuclear no Cosmo


A Nucleossíntese Primordial


Muita energia para formar o dêuteron (bottle neck)

Com a dimuniução da temperatutra do Universo pode-se formar dêuterons


Conversões de Prótons e Nêutrons



Com a formação de dêuterons, abriu-se o caminho para a formação de elementos mais pesados



• Saber os “caminhos” que de fato ocorreram no Universo primordial é essencial para se verificar o modelo do Big-Bang;

• E como podemos investigar isso? • Temos que saber, por exemplo, qual é a

probabilidade (seção de choque) de ocorrer a reação 7Li(n,)8Li ou a reação 8Li(n,)9Li.

• Uma vez conhecida essa probabilidade, ela concorda com o que se observa no Universo hoje?


Processos Estelares


Processos Estelares

• Primeiro estágio: Ciclo Proton-Proton– lembre-se que o Universo é basicamente

populado por prótons (75%)


Processos Estelares• O aumento de energia devido a esses processos faz a

estrela expandir, tornando-se uma Gigante Vermelha


Processos Estelares• Segundo estágio: Fusão tripla de 4He e

Ciclo CNO


Processos Estelares• Se a massa da estrela é grande, o Carbono pode

fundir em outros elementos, sempre gerando mais energia (processo exotérmico)


Processos Estelares• Todos esses processos são reações nucleares e portanto

precisamos conhecer muito bem essas reações para saber se entendemos o que ocorre no interior de uma estrela


Processos Estelares

• A fusão do Ferro é endotérmica (absorve energia), que causará o colapso da estrela;

• Esta irá “ricochetear”, cirando uma grande explosão: uma Supernova


Processos Violentos no Universo



• Por que esses processos violentos são especiais?

• As altas temperaturas permitem a formação de elementos mais pesados...



• Estes processos ocorrem muito rapidamente e envolvem reações nucleares complexas que são a chave para se entender a formação de elementos mais pesados.


Como estudar tudo isso experimentalmente?

• Estudando as reações nucleares e a física envolvida nessas reações de interesse através de aceleradores de partículas.


Criando estrelas...

• Quais são as dificuldades em se reproduzir as reações nucleares que ocorrem no cosmo?

• Elas são reações muito raras devido às baixas energias envolvidas na colisão;

• Além disso, as baixas energias trazem problemas experimentais extras, como o chamado electron screening.


Pico de Gamow


Técnica do “Cavalo de Tróia”• Reação de três corpos do

tipo A(B,cd)S ocorre através de uma reação quase-livre que é dominante sob certas condições cinemáticas.

• Nessas condições, a reação A(B,cd)S pode ser descrita por um diagrama polar, onde apenas o primeiro termo da série de Feynman é considerado.

A

B

x

S

c

d

2

21

3

spddKF

ddEdd

medido De interesse


Astrofísica Nuclear

• MUITAS reações nucleares e a física envolvida nessas reações ainda precisam ser entendidas e esclarecidas...

• MUITO trabalho pela frente...


“We are all star stuff”Carl Sagan (1934-96)

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