Исследователи из Центра редких изотопных пучков Мичиганского университета (FRIB) впервые в истории напрямую измерили реакцию создания редкого изотопа селена с массой 74 единицы. Это проливает свет на давнюю загадку происхождения самых необычных тяжелых элементов во Вселенной. Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review Letters.
Одной из главных задач ядерной астрофизики является понимание того, откуда в космосе берутся различные химические элементы. Большинство веществ тяжелее железа образуются путем медленного или быстрого захвата нейтронов внутри звезд. Однако существует особая группа обогащенных протонами изотопов, известных как p-ядра, которые физически не могут быть созданы нейтронным захватом. Их происхождение оставалось неразрешимой тайной на протяжении 60 лет.
Международная группа из 45 ученых представила результаты беспрецедентного эксперимента. Ведущая теория гласит, что загадочные p-ядра рождаются в экстремальных условиях при взрывах определенных типов сверхновых. Колоссальная температура порождает гамма-лучи, которые выбивают частицы из тяжелых ядер. Но из-за того, что участвующие в процессе изотопы живут ничтожно малые доли секунды, доказать эту гипотезу на практике было почти невозможно.
Используя мощности новейшего линейного ускорителя, команда смогла сгенерировать пучок радиоактивного мышьяка-73. Этот пучок был направлен в специальную мишень, заполненную водородом, который служил источником протонов, а весь процесс фиксировался сверхчувствительным детектором. В результате ученые впервые напрямую наблюдали, как мышьяк-73 успешно захватывает протон и превращается в селен-74, выделяя при этом характерное гамма-излучение.
Измерив точные параметры этой прямой реакции, физики смогли математически вычислить скорость и обратного процесса — того самого разрушения ядер под воздействием гамма-лучей, которое происходит в недрах взрывающихся звезд. Интеграция полученных реальных физических данных в современные астрофизические симуляции позволила ровно вдвое сократить неопределенность в предсказаниях того, сколько именно селена-74 должно существовать в космосе.
Несмотря на колоссальный технологический успех эксперимента и существенное улучшение теоретических моделей, новые расчеты все еще не до конца совпадают с реальными пропорциями веществ, наблюдаемыми в природе. Этот зазор указывает на то, что современные представления науки о физических условиях внутри сверхновых нуждаются в дальнейшей корректировке.
Ранее Наука Mail рассказывала, что один из самых крупных звезд класса сверхгигантов WOH G64 находится на пороге превращения в сверхновую.
