Нове вимірювання реакції зоряного джерела нейтронів усуває давні розбіжності

Астрофізики повідомили про нещодавнє пряме вимірювання перерізу ключової реакції зоряного джерела нейтронів, 13C(α,n)16O.

Досягнувши найточнішого на сьогоднішній день перерізу цієї реакції при астрофізичних енергіях, дослідження вирішило давні розбіжності між попередніми даними про цю реакцію, що має важливе значення для розуміння походження й поширеності у Всесвіті елементів, важчих за залізо.

Походження таких елементів є одним з 11 питань фізики 21 століття, і нейтрони є ключем до перетворення заліза в більш важкі елементи. Швидкість реакції джерела нейтронів визначає, скільки цих важких елементів може утворитися в зорях.

Реакція 13C(α,n)16O, вперше запропонована теоретично як основне джерело нейтронів у зорях у 1954 році, забезпечує нейтронами, необхідними для синтезу приблизно половини всіх важчих за залізо елементів у Всесвіті. Метою експериментальної ядерної астрофізики вже давно є точне вимірювання цієї реакції при астрофізичних енергіях (0,15-0,54 МеВ). Однак відповідний переріз реакції надзвичайно малий, що дуже ускладнює її вимірювання.

Протягом останніх семи років в рамках співпраці Jinping Underground Nuclear Astrophysics (JUNA) було розроблено різноманітне наукове обладнання, встановлене в Китайській підземній лабораторії ім. Сі Цзіньпіна (CJPL), яка на сьогодні є найглибшою підземною лабораторією у світі. Це обладнання включає прискорювач, що забезпечує найінтенсивніший α-промінь серед підземних лабораторій світу; потужні, товсті мішені, які можуть витримати бомбардування інтенсивним пучком із сотень кулонів; і високочутливу, низькофонову нейтронну систему виявлення нейтронів.

Скориставшись цими розробками та наднизьким фоновим середовищем в CJPL, дослідницька група успішно провела пряме вимірювання перерізу реакції 13C(α,n)16O в астрофізичному діапазоні енергій 0,24-0,59 МеВ. Діапазон вимірюваних енергій було розширено до 1,9 МеВ за допомогою тандемного прискорювача 3 МВ в Сичуаньському університеті.

Завдяки першому послідовному вимірюванню, що охоплює енергетичний діапазон від області зоряних енергій до високих енергій, дослідження отримало найточнішу на сьогоднішній день зоряну швидкість реакції 13C(α,n)16O.

"Отримані точні дані перерізу цієї реакції є міцною основою для розробки астрономічних моделей i- та s-процесів нуклеосинтезу для побудови нової картини галактичної хімічної еволюції важких ядер", - зазначив професор Кадзіно, ядерний астрофізик з Університету Бейханг.

Дослідження було на днях опубліковано в журналі Physical Review Letters.

на русском языке