Эксперимент по бета-распаду проливает свет на судьбу звезд средней массы

Группе ученых, в том числе нескольким из GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung и Дармштадтского технического университета, удалось экспериментально определить характеристики ядерных процессов в веществе в десять миллионов раз плотнее и в 25 раз горячее, чем центр нашего Солнца. Результатом измерения является то, что звезды средней массы, скорее всего, взорвутся, а не, как предполагалось до сих пор, разрушатся. Результаты теперь опубликованы в научном журнале Письма о физическом обзоре. Они подчеркивают захватывающие возможности, предлагаемые будущими ускорительными установками, такими как FAIR, в понимании процессов, определяющих эволюцию Вселенной.

Эксперимент по бета-распаду проливает свет на судьбу звезд средней массы

Звезды имеют разные эволюционные пути в зависимости от их массы. Звезды малой массы, такие как Солнце, в конечном итоге станут белыми карликами. Массивные звезды, с другой стороны, заканчиваются впечатляющим взрывом, известным как сверхновая, оставляя позади либо нейтронную звезду, либо черную дыру. Судьба звезд как с низкой, так и с высокой массой хорошо понятна, но ситуация со звездами средней массы, которые весят в семь-одиннадцать раз больше Солнца, остается неясной. Это удивительно, поскольку в нашей Галактике преобладают звезды средней массы.

«Окончательная судьба звезд средней массы зависит от крошечной детали, а именно от того, насколько легко изотоп неон-20 захватывает электроны в ядре звезды. В зависимости от этой скорости захвата электронов звезда будет либо разрушена в результате термоядерного взрыва, либо разрушится, чтобы сформировать нейтронную звезду, "объясняет профессор Габриэль Мартинес-Пинедо из исследовательского отдела GSI Теория и Институт Kernphysik, Университет Дармштадта. Профессор Карлхайнц Ланганке, директор по исследованиям GSI и FAIR, добавляет: «Эта работа началась, когда мы поняли, что ключевой частью перехода между основными состояниями неона-20 и фтора-20 был сильно подавленный, а следовательно, ранее неизвестный в эксперименте, переход между основными состояниями неона-20 и фтора-20. информации, необходимой для определения скорости захвата электронов в звездах средней массы ". Благодаря сочетанию точных измерений бета-распада фтора-20 и теоретических расчетов международному сотрудничеству физиков с участием GSI и TU Darmstadt теперь удалось определить этот важный показатель. Эксперимент проводился в условиях, намного более мирных, чем в звездах, а именно в лаборатории ускорителей Университета Ювяскюля. Измерения показали удивительно сильный переход между основными состояниями неона-20 и фтора-20, который приводит к захвату электронов в неоне-20, происходящему при более низкой плотности, чем предполагалось ранее. Для звезды это означает, что, в отличие от предыдущих предположений, он скорее будет разрушен термоядерным взрывом, чем разрушится в нейтронную звезду. «Удивительно, что один переход может оказать такое сильное влияние на эволюцию большого объекта, как звезда». говорит Даг Фалин Стрёмберг, который, будучи аспирантом в TU Darmstadt, отвечал за большую часть симуляции проекта.

Поскольку термоядерные взрывы выбрасывают гораздо больше материала, чем те, которые вызваны гравитационным коллапсом, результаты имеют значение для галактической химической эволюции. Выбрасываемый материал богат титаном-50, хромом-54 и железом-60. Поэтому необычные отношения изотопов титана и хрома, обнаруженные в некоторых метеоритах, и открытие железа-60 в глубоководных отложениях могут быть получены звездами средней массы, и это указывает на то, что они взорвались в нашем галактическом соседстве в отдаленном (миллиарды лет) и не так далеко (миллионы лет) прошлого.

В свете этих новых открытий наиболее вероятной судьбой звезд средней массы, по-видимому, является термоядерный взрыв, в результате которого возникла сверхновая сверхновая типа Ia и особый тип белой карликовой звезды, известной как кислородно-неоново-железный белый карлик. (Не) обнаружение таких белых карликов в будущем дало бы важную информацию о механизме взрыва. Другой открытый вопрос. роль, которую играет конвекция. объемное движение материала внутри звезды. во взрыве.

В существующих и будущих ускорительных центрах, таких как международный проект FAIR (Центр исследования антипротонов и ионов), который в настоящее время строится в GSI, можно исследовать новые, еще не исследованные изотопы и их свойства. Таким образом, ученые продолжают приносить вселенную в лабораторию, чтобы ответить на нерешенные вопросы о нашем космосе.

Эксперимент по бета-распаду проливает свет на судьбу звезд средней массы