Leder efter stjernetøjet, der gjorde os

På efterårsmødet i 2021 i APS Division of Nuclear Physics, to uafhængige forskningsgrupper vil afsløre nye målinger med det formål at forklare fødslen af ​​halvdelen af ​​universets elementer.

Studiet af tungelementnukleosyntese ved r processen stiller et simpelt, men alligevel dristigt spørgsmål:Hvor finder materialet, der udgør vores solsystem, vores jord, og kommer vi egentlig fra?

De to grupper har taget modsatte tilgange til at finde et svar. Man tager til laboratoriet for at jage efter "astromere, "mens den anden ser til stjernerne for at sammenligne tunge elementer.

Astromerer er astrofysisk metastabile isomerer:ophidsede tilstande af atomkerner, der varer usædvanligt længe, ​​selv i de varmeste dele af rummet. De reagerer og forfalder muligvis anderledes end den tilsvarende grundtilstand - hvilket betyder, at de måske har en særlig rolle at spille i de processer, der skaber de elementer, vi finder i vores solsystem.

"Isomers indflydelse er kun blevet undersøgt i et lille antal tilfælde, men vores teoretiske arbejde viser, at deres virkninger sandsynligvis er vidtgående og dybtgående, med konsekvenser for astrofysiske observerbare og elementære sammensætninger herhjemme på Jorden, "sagde G. Wendell Misch, Postdoktor ved Los Alamos National Laboratory, der giver et overblik over den seneste astromerforskning på mødet.

For eksempel, astromerer kan påvirke r -processen, der producerer tunge elementer. Misch samarbejder med forskeren Matthew Mumpower, også i Los Alamos, samt forskeren Kay Kolos fra Lawrence Livermore National Laboratory og et team af forskere ved Argonne National Laboratory, med det mål at måle de endnu ukendte energier fra disse potentielt indflydelsesrige astromerer.

For at registrere energiforskellen mellem grundtilstand og isomer tilstand af vigtige forfaldne kerner, holdet bruger den canadiske Penning Trap ved Argonne National Laboratory. Denne enhed fanger radioaktive ioner produceret fra Californium Rare Isotope Breeder Upgrade (CARIBU) kilder og tillader disse energiforskel målinger.

Til mødet, Kolos vil præsentere foreløbige eksperimentelle fund, der træder tilbage i teoretisk arbejde af Misch.

"Med vores resultater, teoretikerne vil kunne beregne r -process nukleosyntese til bedre præcision. Disse målinger vil hjælpe med at tydeliggøre, hvad der sker med astromerpopulationer i det hurtigt afkølende miljø efter r -processen slutter, sagde Kolos.

I mellemtiden, en anden gruppe påtager sig en usædvanlig, helt ny retning for at afsløre oprindelseshistorien om vores tungeste elementer:sammenligne deres produktion med, hvad der findes i stjerner.

"Den tætteste form for lysende stof i universet findes i neutronstjerner:det sidste stoppunkt i visse stjerners liv meget mere massivt end solen, "sagde Erika Holmbeck, NASA Hubble -stipendiat ved Carnegie -observatorierne.

Holmbeck og samarbejdspartnere så på tunge elementer ved at simulere deres produktion i neutronstjerner og også observere disse elementer i andre stjerner. Fra disse led r -procesundersøgelser, de udviklede en ny statsligning, der beskriver neutronstjerner.

Deres foreløbige resultater, som Holmbeck vil præsentere på mødet, er enig med både teoretiske forudsigelser og målinger, der selv undersøger neutronstjerner ved NASAs NICER -teleskop.

"Selvom denne tilgang er drastisk forskellig fra andre metoder, vi finder overraskende overensstemmelse med både NICER -målinger og teoriberegninger om strukturen af ​​disse eksotiske stjerner. Resultaterne forklarer også samtidig oprindelsen af ​​de tungeste grundstoffer, der findes i vores solsystem, sagde Holmbeck.