Исследователи, наконец, смогли объяснить загадку химического состава древних звезд, благодаря результатам лабораторных экспериментов. В новом исследовании, опубликованном в журнале Nature Communications Physics, группа ученых под руководством аспирантки Кэли М. Харрис из Мичиганского государственного университета представила данные, проливающие свет на уровень стронция в древних звездах, в частности, в тех, которые образовались вскоре после Большого взрыва.
Металлы и их загадки
Астрономы долгое время придерживались мнения, что существует два основных механизма образования «металлов» — элементов тяжелее гелия. Первый из них, медленный процесс захвата нейтронов, или «s-процесс», происходит в умирающих звездах. Второй, быстрый «r-процесс», наблюдается при взрывах супернов. Однако при изучении более древних звезд, особенно так называемых звёзд с повышенным содержанием углерода и низким содержанием металлов (CEMP), астрономы заметили, что уровни некоторых элементов не совпадают ни с одним из известных процессов. Это привело к выдвижению третьего механизма — промежуточного процесса захвата нейтронов, который лучше объясняет наблюдаемые соотношения элементов в этих звездах.
Лабораторные эксперименты
Стронций в наблюдениях звезд встречается гораздо чаще, чем в предыдущих моделях. Основной проблемой была неясность относительно коэффициента захвата нейтронов изотопом криптона-88. Криптон-88 — это крайне радиоактивный элемент с периодом полураспада всего 2.8 часа, что делает его труднодоступным для исследования. Ученые не знали, как эффективно этот изотоп поглощает нейтроны, и в своих моделях были вынуждены делать предположения.
Для решения этой проблемы исследователи обратились в лабораторию Argonne National Laboratory, где решили использовать бром-89, который имеет значительно меньший период полураспада — всего 4.357 секунды. Это позволяет изучить, как бром-89 распадается на криптон-89, и, тем самым, проанализировать его свойства.
Ученые использовали детектор Summing NaI (SuN), который регистрировал гамма-излучение, возникающее при распаде брома на криптон. Измерив ядерную плотность энергетических уровней и гамма-силу, исследователи смогли математически «обратным методом» вычислить коэффициент захвата нейтронов криптоном-88.
Подтверждение теории
Полученные данные позволили значительно уточнить модели, использующиеся для вычисления соотношений изотопов в звездах CEMP. В частности, новые значения коррелировали с увеличенными пропорциями стронция. Это открытие не только закрыло давнюю научную дилемму, но и продемонстрировало важность междисциплинарных исследований — когда лабораторные эксперименты на Земле помогают решать вопросы, стоящие перед астрономами.
Что это значит для науки?
Исследование раскрывает не только механизмы образования элементов, но и демонстрирует, насколько тесно связаны различные области науки. Лабораторные исследования могут существенно влиять на наше понимание процессов, происходящих в далеких звездах. В данном случае, работа ученых позволила провести параллели между теоретической астрономией и практическими физическими экспериментами, что, безусловно, обогатит будущие исследования в области нуклеосинтеза.
Не забудьте подписаться на наши каналы Дзен, Telegram и ВК.
Мы всегда рады видеть вас среди наших читателей и подписчиков SpaceDiscover!
