Hvorfor det er vigtigt at finde ud af, hvordan kalium ødelægges i stjerner, for at forstå universet

Hvis du vil vide, hvor elementer kommer fra, så se til stjernerne. Næsten alle grundstoffer, der er tungere end helium, dannes gennem kernereaktioner i stjerner. Men hvilke stjerneprocesser er ansvarlige for disse elementer? Kan vi finde mønstre i, hvor meget af hvert element vi observerer i forskellige astrofysiske miljøer, såsom stjerner, galakser eller kuglehobe?

For nylig fokuserede et hold af NC State-forskere på processen med kalium (K) ødelæggelse i kugleklynger, idet de så især på én klynge:NGC 2419. Artiklen er offentliggjort i tidsskriftet Physical Review Letters .

Kuglehobe er grupper af gravitationsbundne stjerner. Astronomer har observeret klare mønstre i de relative mængder af forskellige grundstoffer fra stjerne til stjerne. Et sådant mønster er mellem ilt og natrium:stjerner i kuglehobe, der har mere natrium, har mindre ilt og omvendt. Dette er kendt som natrium-oxygen (Na-O) antiorrelationen. Der er også opdaget adskillige andre anti-forhold, hvilket indikerer, at unikke (til tider ukendte) processer forekommer i specifikke kuglehobe.

I 2012 blev den første magnesium-kalium (Mg-K) anti-relation opdaget i en specifik kuglehob, kaldet NGC 2419. Et samlet overskud af kalium var forbundet med reaktioner fra brintforbrænding ved temperaturer mellem 80 og 260 millioner kelvin.

Men det forbløffende er, at stjernerne i hoben, der viste anti-forholdet, er relativt unge, røde kæmpestjerner. Kernerne i disse stjerner bør ikke være varme nok til, at kernereaktioner kan ændre mængden af ​​Mg og K. Den førende teori involverede blanding med K og Mg fra gamle stjerner i hoben, men det, der er forblevet usikkert, er hastigheden af ​​kalium- ødelæggende reaktion.

Et forskerhold forsøgte at genskabe den kalium-ødelæggende reaktion ved at udføre et eksperiment på en lignende nuklear reaktion ( ³⁹ K + ³ Han —> ⁴⁰ Ca + d), ved Triangle Universities Nuclear Laboratory (TUNL).

Denne reaktion er en proton-overførselsreaktion, hvor en proton fra helium-3 ( ³ Han) overføres til kalium-39 ( ³⁹ K), der danner calcium-40 ( ⁴⁰ Ca). Denne eksperimentelle reaktion giver os mulighed for at efterligne den virkelige reaktion, der opstår i en stjerne, hvor kalium ødelægges.

De fandt ud af, at kalium ikke kun kan ødelægges ved lavere temperaturer, det ødelægges 13 gange hurtigere end tidligere antaget ved disse temperaturer.

Fundet kan ændre den måde, vi modellerer grundstofskabelse på i stjerner – ikke kun for dette specifikke tilfælde af NGC 2419, men også for andre astrofysiske modeller, der inkluderer reaktioner på kalium.

Flere oplysninger: W. Fox et al, højopløsningsundersøgelse af Ca40 for at begrænse kaliumnukleosyntesen i NGC 2419, Physical Review Letters (2024). DOI:10.1103/PhysRevLett.132.062701. På arXiv :DOI:10.48550/arxiv.2401.06754

Journaloplysninger: Physical Review Letters , arXiv

Leveret af North Carolina State University