Szybka fuzja wapnia rzuca światło na zjawiska gwiezdne

Naukowcy odkryli szybsze tempo produkcji wapnia w gwiazdach, stosując nowatorskie podejście, w którym proton jest przyłączony do jądra deuteru, ułatwiając fuzję potasu i wodoru. Źródło: SciTechDaily.com

Nowe eksperymenty wykazały, że gwiazdy przekształcają potas i wodór w wapń w tempie 13 razy szybszym niż wcześniej sądzono.

Odkrycie to, wynikające z reakcji odpędzania protonów 39K(3He,d)40Ca, rzuca światło na niezwykły skład chemiczny NGC 2419 i wzmacnia dokładność modeli gwiazd.

Przełomowe odkrycie reakcji gwiazdowych

Po raz pierwszy badacze w drodze eksperymentów ograniczyli tempo, w jakim gwiazdy przekształcają potas i wodór w wapń. Reakcje te są rzadkie w warunkach laboratoryjnych. Dlatego badacze zastosowali nowatorskie podejście: połączyli proton z jądrem deuteru. Manewr ten umożliwił bliższą fuzję protonu z potasem, co dało wzmocniony sygnał do pomiaru. Wykorzystując te odkrycia, naukowcy określili tempo produkcji wapnia w gwiazdach i odkryli, że jest ono 13 razy szybsze niż wcześniej szacowano.

Zdjęcie z Kosmicznego Teleskopu Hubble’a gromady kulistej NGC 2419, zbioru gwiazd krążących wokół Drogi Mlecznej w odległości około 300 000 lat świetlnych od Ziemi. Źródło: ESA/Hubble i NASA, S. Larsen i in.

Odkrywanie tajemnic NGC 2419

NGC 2419 to gromada kulista krążąca wokół nas droga Mleczna widoczny w gwiazdozbiorze Rysia. Zawiera potas i magnez w proporcjach niespotykanych w innych, podobnych gromadach kulistych. Naukowcom jak dotąd nie udało się znaleźć źródła tego nieoczekiwanego wzorca. Jednak wcześniejsze niepewności dotyczące reakcji syntezy potasu i wodoru utrudniały przewidywanie modeli gwiazd. To nowe badanie dostarcza kluczowych spostrzeżeń eksperymentalnych, które umożliwiają udoskonalonym modelom gwiazd badanie osobliwości NGC 2419.

Zaawansowane techniki w fizyce jądrowej

W tym badaniu naukowcy wykorzystali odpędzanie protonów ³⁹K(³On, d)⁴⁰Ok ³⁹K+³On⁴⁰Ca+²Reakcja H polegająca na zapełnieniu stanów niezwiązanych z protonami ⁴⁰Ca w Laboratorium Jądrowym Uniwersytetu Triangle. Do pomiaru wychodzących deuteronów wykorzystano wysokiej rozdzielczości spektrograf Enge z dzielonymi biegunami ⁴⁰Do wyodrębnienia ich kwantowo-mechanicznej natury wykorzystano stany wzbudzone Ca i modele reakcji jądrowych.

Implikacje dla chemii gwiazd

Eksperyment pozwolił badaczom po raz pierwszy zaobserwować kilka stanów odpowiadających rezonansom protonów w ³⁹Układ K+p. Następnie badacze wykorzystali energie stanów i współczynniki spektroskopii protonów do obliczenia szybkości ³⁹K + str ⁴⁰Reakcja Ca w gwiazdach. Stwierdzono, że wskaźnik ten jest 13-krotnie wyższy niż poprzednie szacunki, a niepewności są 42 razy mniejsze. Wyniki te oznaczają, że antykorelację Mg-K można wytworzyć w niższych temperaturach, niż wcześniej zakładano.

Odniesienie: „Badanie wysokiej rozdzielczości ⁴⁰Ca to Constrain Potassium Nucleosynthesis in NGC 2419 ″ autorstwa W. Foxa, R. Longlanda, C. Marshalla i F. Portillo Chavesa, 8 lutego 2024 r., Listy z przeglądu fizycznego.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.132.062701

Prace te wspierane są przez Biuro Naukowe Departamentu Energii (DOE), Biuro Fizyki Jądrowej. Zostało przeprowadzone w Triangle Universities Nuclear Laboratory, Centrum Doskonałości DOE.