Все, от золота в вашем смартфоне до кальция в ваших костях, изначально было создано звездами. Но уже давно возникают вопросы об уровне содержания конкретного элемента, стронция, который используется в светящихся в темноте красках, придающих фейерверкам красный свет. В новой статье, опубликованной в журнале Nature Communications Physics большой группой исследователей во главе с аспиранткой Мичиганского государственного университета Кейли М. Харрис, говорится, что они нашли ответ на вопрос, почему определенные уровни элементов искажаются, но для этого потребовались очень сложные лабораторные тесты.
На протяжении десятилетий астрофизики считали, что существует два пути создания того, что они называли «металлами», то есть элементами тяжелее гелия. Один из них — это медленный «S-процесс», который происходит в умирающих звездах, а другой — быстрый «R-процесс», который происходит во взрывах, таких как сверхновые.
Но когда ученые начали оглядываться назад на более старые звезды, которые сформировались вскоре после рождения Вселенной, особенно на те, которые известны как звезды с повышенным содержанием углерода (CEMP), они обнаружили, что соотношение некоторых тяжелых элементов не вписывается ни в один из известных процессов. Поэтому они разработали третий процесс, известный как процесс промежуточного захвата нейтронов, или «i-процесс». Это гораздо лучше объясняет пропорции этой конкретной группы звезд. За исключением одного.
Эпизод AstronomyCast, где Фрейзер и Памела обсуждают нуклеосинтез.
Стронций гораздо чаще появлялся при наблюдениях реальных звезд, чем при моделировании. И, согласно газете, была одна конкретная причина. Чего астрономы не знали, так это скорости захвата нейтронов Криптоном-88.
Это может показаться немного не по теме, но на самом деле эти два понятия напрямую связаны. Криптон-88 — высокорадиоактивный элемент с периодом полураспада 2,8 часа. Пока он существует, он может пойти одним из двух путей. Он поглощает нейтроны и превращается в криптон-89, который со временем может распасться на более тяжелые элементы, такие как иттрий-89. Альтернативно, если он не поглощает нейтрон, он может подвергнуться бета-распаду до рубидия-88, который затем быстро распадается до, как вы уже догадались, стронция-88.
Проблема в том, что ученые понятия не имели, насколько эффективно криптон-88 поглощает нейтроны. Они просто догадывались о своей модели, но, учитывая наблюдаемые факты, похоже, что их модель была ошибочной. Это создало еще одну проблему. Как на самом деле измерить скорость поглощения нейтронов элементом, период полураспада которого составляет всего несколько часов?
Фрейзер рассказывает о том, как формируются звезды и какое значение этот процесс имеет для производства элементов.
По крайней мере теоретически, можно собрать кучу криптона-88, бомбардировать ее нейтронами и посмотреть, что произойдет. Но исследователи придумали более сложный способ найти это значение. Они обратились к Центру модернизации калифорнийских бридеров редких изотопов в Аргоннской национальной лаборатории и вместо запуска нейтронного луча по Криптону-88 выпустили его по Брому-89, период полураспада которого – возможно, невообразимо – 4,357 секунды.
Хитрость в том, что бром-89 распадается на криптон-89, и изучение его ядра позволяет понять возможности его немного более легкого родственного изотопа. Они поместили образец для тестирования в узкоспециализированное оборудование, называемое суммирующим детектором NaI (SuN). Детектор отслеживал гамма-лучи новообразованного криптона-89 по мере его охлаждения и извлекал из них два очень специфических значения: плотность ядерного уровня и функцию интенсивности гамма-излучения. Имея эти цифры, исследователи смогли напрямую математически реконструировать скорость захвата нейтронов Криптона-88.
Включение в модель недавно обнаруженных экспериментальных значений привело к значительно большему количеству стронция, которое было использовано для расчета изотопных отношений почти идеально выровненных звезд CEMP. Фактически, соотношения с иттрием (еще одним долгоживущим продуктом этой конкретной нуклеосинтетической цепи) практически идеально совпадали.
Там причудливые изотопные пучки и детекторы на Земле разрешили загадку, которая десятилетиями озадачивала астрономов. Такое сотрудничество происходит не каждый день, но когда оно случается и когда оно работает так, это впечатляет. И в этом случае исследовательская группа, возможно, даже сможет отпраздновать это событие красным фейерверком.
узнать больше:
Аргоннская национальная лаборатория: разгадка космического рецепта стронция
CM Harris et al. – Влияние реакций захвата нейтронов на нуклеосинтез стронция
UT – Астрономы обнаружили стронций в обломках килоновой звезды, доказывая, что столкновения нейтронных звезд производят тяжелые элементы во Вселенной
UT – Обнаружены три старейшие звезды во Вселенной, вращающиеся вокруг Млечного Пути