Ny måling af stjerners neutronkildereaktion løser langvarige uoverensstemmelser

Jinping Underground Nuclear Astrophysics (JUNA)-samarbejdet har rapporteret en nylig direkte måling af tværsnittet af en afgørende stjerne-neutronkildereaktion, ¹³ C(α,n) ¹⁶ O. Undersøgelsen blev offentliggjort i Physical Review Letters den 23. september.

Ved at opnå den mest nøjagtige tværsnitsmåling af denne reaktion ved astrofysiske energier hidtil, har undersøgelsen løst langvarige uoverensstemmelser mellem tidligere data om denne reaktion, som er afgørende for at forstå oprindelsen og overfloden af ​​grundstoffer, der er tungere end jern i universet.

Oprindelsen af ​​sådanne grundstoffer er et af 11 fysikspørgsmål for det 21. århundrede, og neutroner er nøglen til at omdanne jern til tungere grundstoffer. Hastigheden af ​​neutronkildereaktionen bestemmer, hvor mange af disse tungere grundstoffer, der kan produceres i stjerner.

De ¹³ C(α,n) ¹⁶ O-reaktion, først foreslået i teorien som den primære neutronkilde i stjerner af Cameron og Greenstein i 1954, giver neutroner, der er nødvendige i syntesen af ​​omkring halvdelen af ​​alle tungere-end-jern-elementer i universet. Det har længe været et mål for eksperimentel nuklear astrofysik nøjagtigt at måle denne reaktion ved astrofysiske energier (0,15-0,54 MeV). Det tilsvarende reaktionstværsnit er dog ekstremt lille, hvilket gør det meget vanskeligt at måle.

I løbet af de sidste syv år har JUNA-samarbejdet udviklet en række videnskabeligt udstyr installeret på China Jinping underground Laboratory (CJPL), som i øjeblikket er det dybeste underjordiske laboratorium i verden. Udstyret inkluderer en accelerator, der leverer den mest intense α-stråle i de underjordiske laboratorier verden over; kraftige, tykke mål, der kan overleve bombardement af en intensiv stråle på hundredvis af coulombs; og en højfølsom neutrondetektionsarray med lav baggrund.

Ved at udnytte denne udvikling og det ultralave baggrundsmiljø på CJPL udførte forskerholdet med succes en direkte måling af tværsnittet af ¹³ C(α,n) ¹⁶ O-reaktion i det astrofysiske energiområde på 0,24-0,59 MeV. Det målte energiområde blev yderligere udvidet til 1,9 MeV ved at bruge 3 MV tandemacceleratoren ved Sichuan University.

Ved at give den første konsistente måling, der dækker energiområdet fra stjerneenergiområdet op til høje energier, opnåede undersøgelsen den mest nøjagtige stjernereaktionshastighed for ¹³ C(α,n) ¹⁶ O reaktion til dato.

"De nuværende præcise data for dette reaktionstværsnit giver det faste grundlag for at udvikle astronomiske modeller af i- og s-process nukleosynteser for at konstruere et nyt billede af galaktisk kemisk udvikling af tunge kerner," sagde prof. Kajino, en nuklear astrofysiker. fra Beihang University. + Udforsk yderligere

Forskere udvikler et neutrondetektorarray med lav baggrund