Un experiment, CALET, instalat la bordul Stației Spațiale Internaționale ISS, a măsurat razele cosmice care provin din univers, ajungând la concluzia că nucleele de fier se comportă în mod diferit față de cele de hidrogen, carbon și oxigen. Acest studiu ne ajută să înțelegem mai bine cum și unde se nasc elementele chimice în Univers.  

Razele cosmice 

Razele cosmice reprezintă particule care ajung pe Pământ din Univers – mare parte sunt protoni (nuclee de hidrogen). Există totuși o mică parte a razelor cosmice compusă din nuclee ale elementelor chimice mai grele, precum carbon, oxigen sau fier. Studiul acestor raze cosmice ne ajută să înțelegem mai bine originea acestor elemente chimice și a proceselor nucleare care le produc în stele sau în momentul exploziei acestora. Razele cosmice sunt studiate de circa 100 de ani atât în experimente la sol, cât și în spațiu. Avantajul experimentelor efectuate în spațiu, pe sateliți, este unul foarte important: în acest mod pot fi studiate razele cosmice așa-numite primare, deci așa cum provin din Univers. La sol pot fi studiate doar prin produșii secundari generați de interacțiunea razelor cosmice primare cu atmosfera terestră.  

Elementele chimice și razele cosmice  

Elementele chimice, inclusiv cele din care suntem compuși noi înșine, de la carbon și oxigen la fier, se nasc în stele sau în procese de explozii de stele. Imediat după Big Bang s-au format doar nucleele ușoare, precum nucleele de hidrogen (protoni și deuteroni) sau heliu, cu mici urme de alte nuclee ușoare, precum litiul. Expansiunea Universului a dus la răcirea acestuia și nu s-au mai putut realiza fuziuni nucleare care să producă nuclee mai grele. Acestea au luat naștere în fuziuni nucleare care au loc în stele – în stele există temperaturi de multe milioane de grade, ceea ce duce la fuziuni nucleare care produc nuclee din ce în ce mai grele, până la fier (în stelele cele mai mari). Nucleele mai grele decât fierul nu iau naștere în stele ci în procese precum explozia acestora. Încă nu sunt cunoscute toate procesele care produc nuclee grele, precum plumbul sau aurul. Studiul nucleelor din razele cosmice ne dă informații extrem de utile despre cum au fost produse acestea și cum se propagă prin Univers. 

CALET măsoară razele cosmice în spațiu  

Un experiment deosebit din acest punct de vedere este CALET (Calorimetric Electron Telescope), instalat pe Stația Spațială Internațională, ISS, și care măsoară razele cosmice încă din 2015. 

 Recent, cercetătorii care lucrează în CALET au publicat un articol în revistă Phys. Rev. Lett. în care arată cum că fierul se comportă în mod diferit față de nucleele de carbon, protoni și nucleele de oxigen. Adică spectrul de energie al fierului este diferit față de spectrele de energie al celorlalte elemente chimice măsurate în razele cosmice. Aceasta a fost oarecum o surpriză, deoarece se aștepta ca aceste elemente chimice produse în stele să aibă un comportament asemănător. Diferențele măsurate în spectrul fierului desigur ne dau informații despre astrofizică și producerea elementelor chimice dar și propagarea acestora în Univers. 

Fabrica elementelor chimice    

Fabrica elementelor chimice nu este încă pe deplin cunoscută. Știm că multe (până la fier) iau naștere în stele – stelele mari produc fier, cele mai mici însă nu ajung până la fier. Studiul razelor cosmice ne ajută să înțelegem mai bine cum funcționează această fabrică cosmică și să răspundem la întrebări care au de-a face inclusiv cu noi: noi înșine suntem compuși din elemente chimice care au luat naștere în procesele care au loc în stele sau în explozii ale acestora. 

Studiul fierului din razele cosmice, precum cel efectuat de colaborarea CALET prin experimentul de la bordul ISS, și ale diferențelor între caracteristicile fierului (spectrul acestuia) și cele ale altor elemente chimice, ne poate da informații extrem de utile pentru a înțelege stelele și alte procese interesante care au loc în Univers.

Rubrică realizată de Cătălina Curceanu, prim cercetător în domeniul fizicii particulelor elementare şi al fizicii nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Roma, Italia) şi Luminiţa Costea, profesoară de Fizică la Colegiul Naţional „Mihai Viteazul”, Sfântu Gheorghe