Ученые изучают, как церий производится во Вселенной

Прочитано: 28 раз(а)


Церий — редкоземельный металл, который имеет множество технологических применений, например, в некоторых типах лампочек и телевизорах с плоским экраном. Хотя этот элемент редко встречается в земной коре, во Вселенной его немного больше. Однако многое неизвестно о том, как он синтезируется в звездах.

Теперь в новом исследовании, опубликованном в Physical Review Letters , коллаборация n_TOF в ЦЕРН исследует, как церий производится в звездах. Результаты отличаются от того, что ожидалось от теории, что указывает на необходимость пересмотра механизмов, которые, как считается, отвечают за производство церия и других более тяжелых элементов во Вселенной.

«Измерения, которые мы провели, позволили нам идентифицировать никогда ранее не наблюдавшиеся ядерные резонансы в диапазоне энергий, участвующих в производстве церия в звездах», — объясняет Симона Амадуччи из Южных национальных лабораторий INFN и первый автор исследования. «Это благодаря очень высокому энергетическому разрешению экспериментальной установки в ЦЕРН и наличию очень чистого образца церия-140».

Обилие элементов тяжелее железа, наблюдаемое в звездах (таких как олово, серебро, золото и свинец), можно воспроизвести математически, предположив существование двух процессов захвата нейтронов: медленного (s) процесса и быстрого (r) процесса.

Процесс s соответствует потоку нейтронов в 10 миллионов нейтронов на кубический сантиметр, тогда как процесс r имеет поток более одного миллиона миллиардов миллиардов нейтронов на кубический сантиметр. Предполагается, что в результате этого процесса образуется около половины элементов во Вселенной тяжелее железа, включая церий.

Центр нейтронного времени пролета ЦЕРН (n_TOF) предназначен для изучения нейтронных взаимодействий, например тех, которые происходят в звездах. В этом исследовании ученые использовали установку для измерения ядерной реакции изотопа церия 140 с нейтроном с образованием изотопа 141.

Согласно сложным теоретическим моделям , именно эта реакция играет решающую роль в синтезе тяжелых элементов в звездах. В частности, ученые изучили сечение реакции : физическую величину, которая выражает вероятность того, что реакция произойдет. Ученые измерили сечение в широком диапазоне энергий с точностью на 5% выше предыдущих измерений.

Результаты открывают новые вопросы о химическом составе Вселенной. «Сначала нас заинтриговало несоответствие между теоретическими моделями звезд и данными наблюдений за церием в звездах шарового скопления M22 в созвездии Стрельца», — объясняет Серджио Кристалло из Астрономической обсерватории Абруццо INAF, который предложил эксперимент.

«Новые ядерные данные значительно, до 40%, отличаются от данных, присутствующих в используемых в настоящее время ядерных базах данных, что определенно превышает предполагаемую неопределенность».

Эти результаты имеют заметные астрофизические последствия, предполагая снижение на 20% вклада s-процесса в содержание церия во Вселенной. Это означает, что в теории нуклеосинтеза церия требуется смена парадигмы : в расчетах звездной эволюции необходимо будет учитывать другие физические процессы, которые в настоящее время не включены.

Кроме того, новые данные оказывают существенное влияние на понимание учеными химической эволюции галактик, которая также влияет на производство более тяжелых элементов во Вселенной.

Ученые исследуют, как церий производится во Вселенной



Новости партнеров