Китайські науковці декодували найпотужніші ядерні вибухи в історії Всесвіту

Дослідницька команда Інституту сучасної фізики (IMP) Китайської академії наук (CAS) успішно провела прямі вимірювання мас двох надзвичайно короткотривалих ядер — фосфору-26 та сірки-27. Досягнення такого рівня точності надало вченим нові дані для розрахунку ядерних реакцій, що відбуваються під час спалахів рентгенівського випромінювання, і допоможе краще зрозуміти процес утворення хімічних елементів у надекстремальних умовах. Результати дослідження опубліковано в журналі The Astro­phys­i­cal Jour­nal.

Спалахи рентгенівського випромінювання типу I є поширеним явищем у Галактиці. Вони виникають у двійкових системах, де нейтронна зоря притягує матеріал зі свого зоряного супутника. Під час таких подій водень і гелій на поверхні нейтронної зорі зазнають нестійкого термоядерного згоряння, що запускає низку швидких протонних захоплень — так званий rp-процес. У його межах ядра атомів послідовно приєднують протони, формуючи важчі елементи. Точність розрахунків цих реакцій суттєво залежить від правдивості мас ядер, які беруть у них участь.

Система детекторів ядерного мас-спектрометра на основі охолоджувального накопичувального кільця в Ланьчжоу. Джерело: IMP

За словами доктора Сінляна Яна з IMP, значення потенційної реакційної гілки, що охоплює фосфор-26 і сірку-27, багато років залишалося предметом наукових дискусій через відсутність точних даних про їхні маси. Для отримання таких даних дослідники застосували метод ізохронної мас-спектрометрії на основі магнітно визначеної жорсткості у системі зберігання іонів CSR у Ланьчжоу. У результаті було встановлено, що енергія відокремлення протона у ядрі сірки-27 на 129–267 кеВ вища, ніж вважалося раніше, а точність вимірювання зросла у вісім разів.

Завдяки цим новим даним учені з’ясували, що під час рентгенівських спалахів оновлена швидкість реакції 26P(p,γ)27S значно зростає в діапазоні температур 0,4–2 гігаКельвіна (GK), досягаючи вп’ятеро вищих значень порівняно з попередніми оцінками при 1 GK. Водночас невизначеність у зворотній реакції суттєво зменшилася. Це підвищило співвідношення ізотопів сірки-27 до фосфору-26, що вказує на більш ефективний потік реакцій у напрямку сірки-27.

Карта розподілу масової концентрації через 100 секунд після початку rp-процесу. Джерело: IMP

«Наші високоточні результати вимірювань мас та нові реакційні дані забезпечують надійніший внесок у астрофізичні моделі, допомагаючи усунути невизначеності у шляхах нуклеосинтезу в області фосфору та сірки під час рентгенівських спалахів», — зазначила доктор Суцін Хоу, співавторка дослідження. У роботі також брали участь науковці з німецького Центру досліджень важких іонів GSI, Інституту ядерної фізики Товариства Макса Планка та Університету Сайтама (Японія). Дослідження підтримано Національною програмою Китаю з ключових наукових розробок та ініціативами CAS для молодих учених.