Síntesis del isótopo ⁴⁰K en una explosión de supernova

Abstract

Se estudia la posibilidad de que el isótopo ⁴⁰K del potasio pueda ser sintetizado en la explosión de una supernova tipo II. La importancia de poder estimar la producción de ⁴⁰K se debe a que es un isótopo radiactivo con una vida media de T_(1/2)= 1,27 x 10⁹ años. Esta propiedad fundamental lo coloca dentro de los posibles "relojes cósmicos" pues al poder conocer cuánto fue sintetizado y cuánto queda hoy, permite calcular cuanto tiempo hace que fue sintetizado. El proceso propuesto es ⁴⁰Ca + ν → ⁴⁰K + e⁺ en el que el núcleo de calcio captura un antineutrino y produce un núcleo de ⁴⁰K con emisión de un positrón. El núcleo de ⁴⁰Ca es de doble capa cerrada tanto en protones, como en neutrones. Es importante hacer notar que las transiciones permitidas para este proceso sólo cambian el iso-spin de un nucleón (en este caso protón a neutrón) y ubicarían al nucleón en una capa ya saturada, de donde se deduce que las transiciones permitidas aparecen inhibidas por el Principio de Exclusión de Pauli. Sin embargo, las transiciones primero-prohibidas pueden ocurrir y son dominadas por cuatro resonancias gigantes. Este proceso se propone como alternativo al estudiado por Slysh quien estudia la síntesis de este isótopo a partir del proceso S de captura neutrónica. En el contexto del modelo de explosión de supernova de Brown-Bethe-Baym se estudia el proceso de sintetización. Este tiene lugar a partir de que la onda de choque generada en el interior de la supernova se presenta con densidades menores que 10¹¹ gr/cm³, lo que permite el enfriamiento del núcleo por emisión de neutrinos y anti-neutrinos (Bethe-Applegate-Brown). Se estudia la importancia de la reacción inversa (en este caso con transiciones permitidas) ⁴⁰K + ν + ⁴⁰Ca + e⁻, en relación con las abundancias obtenidas por explosión. Con los datos obtenidos se estima la edad media de los elementos químicos.