Undersøgelse af eksploderende stjerner gennem atomkernen

Forestil dig at kunne se mikroskopiske aspekter af en klassisk nova, en massiv stjerneeksplosion på overfladen af ​​en hvid dværgstjerne (omtrent lige så stor som Jorden), i et laboratorium i stedet for på afstand via et teleskop.

Kosmiske detonationer af denne skala og større skabte mange af atomerne i vores kroppe, siger Christopher Wrede, Michigan State University, som præsenterede på American Association for the Advancement of Science-mødet. En sikker måde at studere disse begivenheder på i laboratorier på Jorden er at undersøge de eksotiske kerner eller "sjældne isotoper", der påvirker dem.

"Astronomer observerer eksploderende stjerner og astrofysikere modellerer dem på supercomputere, sagde Wrede, assisterende professor i fysik ved MSU's National Superconducting Cyclotron Laboratory. "Hos NSCL og, i fremtiden på faciliteten for sjældne isotopstråler, vi er i stand til at måle de nukleare egenskaber, der driver stjerneeksplosioner, og syntetisere de kemiske grundstoffer - afgørende input til modellerne. Sjældne isotoper er som DNA'et fra eksploderende stjerner."

Wredes præsentation forklarede, hvordan sjældne isotoper produceres og studeres på MSU's NSCL, og hvordan de kaster lys over udviklingen af ​​synligt stof i universet.

"Sjældne isotoper vil hjælpe os med at forstå, hvordan stjerner behandlede noget af brint- og heliumgassen fra Big Bang til grundstoffer, der udgør faste planeter og liv, " sagde Wrede. "Eksperimenter på sjældne isotopstråleanlæg begynder at give den detaljerede nuklearfysiske information, der er nødvendig for at forstå vores oprindelse."

I et nyligt eksperiment, Wredes team undersøgte stjerneproduktion af den radioaktive isotop aluminium-26, der findes i Mælkevejen. En injektion af aluminium-26 i den tåge, der dannede solsystemet, kunne have påvirket mængden af ​​vand på Jorden.

Ved hjælp af en sjælden isotopstråle skabt ved NSCL, holdet bestemte den sidste ukendte nukleare reaktionshastighed, der påvirker produktionen af ​​aluminium-26 i klassiske novaer.

De konkluderede, at op til 30 procent kunne produceres i novaer, og resten skal produceres i andre kilder som supernovaer.

Fremtidig forskning kan nu fokusere på at tælle antallet af novaer i galaksen om året, modellering af hydrodynamikken af ​​novaer og undersøgelse af de andre kilder i fuldstændig nuklear detaljer.

For at udvide deres rækkevidde til mere ekstreme astrofysiske begivenheder, atomforskere fortsætter med at forbedre deres teknologi og teknikker. Traditionelt, stabile ionstråler er blevet brugt til at måle nukleare reaktioner. For eksempel, bombardering af et stykke aluminiumsfolie med en stråle af protoner kan producere siliciumatomer. Imidlertid, eksploderende stjerner laver radioaktive isotoper af aluminium, der ville henfalde til andre grundstoffer for hurtigt til at lave et foliemål ud af dem.

"Med FRIB, vi vil vende processen; vi skaber en stråle af radioaktive aluminiumioner og bruger den til at bombardere et mål af protoner, " sagde Wrede. "Når FRIB kommer online, vi vil være i stand til at måle mange flere af de nukleare reaktioner, der påvirker eksploderende stjerner."