RW Space

Впервые физики смогли напрямую измерить один из способов, с помощью которых взрывающиеся звезды создают самые тяжелые элементы во Вселенной.

Исследовав ускоренный пучок радиоактивных ионов, группа под руководством физика Гэвина Лотея из Университета Суррея в Великобритании наблюдала процесс захвата протона, процесс который происходит в сверхновых при коллапсе ядра.

Теперь ученые не только в деталях увидели, как это происходит, но и измерения позволяют нам лучше понять образование и распространенность загадочных изотопов, называемых p-ядрами.

На самом базовом уровне звезды можно рассматривать как фабрики элементов Вселенной. Пока звезды не родились и не начали термоядерные реакции в своих ядрах, Вселенная была супом, состоящим в основном из водорода и гелия. Звездный ядерный синтез начал наполнять космос более тяжелыми элементами, от углерода до железа для самых массивных звезд.

Вот тут-то и возникает загвоздка слияния ядер. Тепло и энергия, необходимые для производства железа путем синтеза, превышают энергию, генерируемую процессом, что приводит к падению температуры ядра, что, в свою очередь, приводит к гибели звезды в невероятном взрыве — сверхновой.

Именно здесь, по мнению физиков, рождаются еще более тяжелые элементы. Взрыв настолько силен, что атомы, сталкиваясь с силой, могут захватывать компоненты друг друга. Это не обязательно должна быть сверхновая (были обнаружены тяжелые элементы, образующиеся при столкновении двух нейтронных звезд), но принцип тот же. Колоссальный космический взрыв = энергия, достаточная для создания элементов.

30 или около того встречающихся в природе изотопов тяжелых элементов составляют около 1 процента тяжелых элементов, наблюдаемых в нашей Солнечной системе, и их образование остается загадкой.

Изотопы — это формы одного и того же элемента, которые различаются атомной массой, обычно из-за разного количества нейтронов в ядре, в то время как количество протонов остается неизменным. Р-ядра — это изотопы с дефицитом нейтронов, но богатые протонами.

В настоящее время предпочтительной моделью является гамма-процесс, в котором атомы захватывают свободные протоны во время энергетического события. Поскольку химический элемент определяется числом протонов, этот процесс преобразовал бы элемент в следующий в периодической таблице, что привело бы к изотопу с низким содержанием нейтронов.

Наблюдения были получены с использованием изотопного сепаратора и ускорителя II в Национальной лаборатории TRIUMF в Канаде для получения пучка заряженных радиоактивных атомов рубидия-83. Спектрометр с подавлением гамма-излучения и масс-спектрометр с электромагнитным масс-анализатором TRIUMF-ISAC использовались для регистрации и наблюдения процессов, происходящих в пучке.

По словам исследователей, результаты показали, что образование p-ядра стронция-84 соответствует гамма-процессу. Они обнаружили, что скорость термоядерной реакции была ниже, чем предсказывали теоретические модели, что привело к образованию стронция-84.

Исследование было опубликовано в Physical Review Letters.