Forskere undersøger betingelserne for stjernernes interiør for at måle atomreaktioner

De fleste af de nukleare reaktioner, der driver nukleosyntesen af ​​grundstofferne i vores univers, forekommer under meget ekstreme stjerneplasmaforhold. Dette intense miljø, der findes i stjernernes dybe indre, har gjort det næsten umuligt for forskere at udføre nukleare målinger under disse forhold - indtil nu.

I et unikt tværfagligt samarbejde mellem plasmafysikkens områder, nuklear astrofysik og laserfusion, et team af forskere, herunder forskere fra Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), Ohio University, Massachusetts Institute of Technology (MIT) og Los Alamos National Laboratory (LANL), beskrive forsøg udført under forhold som stjernernes interiør. Teamets resultater blev offentliggjort i dag af Naturfysik .

Eksperimenterne er de første termonukleære målinger af atomreaktionstværsnit-en mængde, der beskriver sandsynligheden for, at reaktanter vil gennemgå en fusionsreaktion-i plasma-betingelser med høj energi-densitet, der svarer til de brændende kerner af kæmpestjerner, dvs. 10-40 gange mere massiv end solen. Disse ekstreme plasmabetingelser kan prale af hydrogen-isotoptætheder komprimeret med en faktor tusinde til tæt på fast bly og temperaturer opvarmet til ~ 50 millioner Kelvin. Det er også betingelserne i stjerner, der fører til supernovaer, de mest massive eksplosioner i universet.

"Normalt, denne slags nukleare astrofysiske eksperimenter udføres på acceleratorforsøg i laboratoriet, som bliver særligt udfordrende ved de lave energier, der ofte er relevante for nukleosyntese, "sagde LLNL -fysikeren Dan Casey, hovedforfatteren på papiret. "Da reaktionstværsnittene falder hurtigt med faldende reaktantenergi, bundne elektron -screeningskorrektioner bliver betydelige, og terrestriske og kosmiske baggrundskilder bliver en stor eksperimentel udfordring. "

Arbejdet blev udført på LLNL's National Ignition Facility (NIF), det eneste eksperimentelle værktøj i verden, der er i stand til at skabe temperaturer og tryk som dem, der findes i stjernernes kerner og kæmpe planeter. Ved hjælp af indirekte driv -tilgang, NIF blev brugt til at drive en gasfyldt kapselimplosion, varmekapsler til ekstraordinære temperaturer og komprimere dem til høje densiteter, hvor fusionsreaktioner kan forekomme.

"Et af de vigtigste fund er, at vi reproducerede tidligere målinger foretaget på acceleratorer under radikalt forskellige forhold, "Casey sagde." Dette etablerer virkelig et nyt værktøj inden for atomastrofysikområdet til at studere forskellige processer og reaktioner, der kan være vanskelige at få adgang til på anden måde. "

"Måske vigtigst af alt, dette arbejde danner grundlag for potentielle eksperimentelle test af fænomener, der kun kan findes under de ekstreme plasmaforhold i stjernernes interiør. Et eksempel er plasma -elektron -screening, en proces, der er vigtig i nukleosyntese, men ikke er blevet observeret eksperimentelt, "Tilføjede Casey.

Nu hvor teamet har etableret en teknik til at udføre disse målinger, relaterede teams som det ledet af Maria Gatu Johnson på MIT søger at udforske andre atomreaktioner og måder at forsøge at måle plasmaelektroners indvirkning på de atomreaktioner.