Физик из Университета штата Миссисипи впервые провел прямое лабораторное измерение ключевой ядерной реакции, которая, как предполагается, происходит во время взрывных вспышек на нейтронных звездах. Эти вспышки играют решающую роль в формировании тяжелых элементов, которые являются строительными блоками планет и жизни на Земле.
Как пояснил ведущий автор исследования Джасприт Рандхава, доцент кафедры физики и астрономии Университета штата Миссисипи, Вселенная начала свое существование практически только с водорода и гелия. Каждый более тяжелый элемент — от кислорода, которым мы дышим, до железа, составляющего ядро Земли — был создан позже, внутри звезд и в процессе звездных взрывов. По словам ученого, понимание того, как звездные взрывы создают тяжелые элементы, позволяет исследователям получить более ясное представление о том, как эти элементы распределяются по космосу, формируя планеты и делая возможным существование жизни.
Целью исследовательской группы было выяснить, существует ли в природе некий внутренний барьер, препятствующий образованию более тяжелых элементов во время рентгеновских вспышек на поверхности нейтронных звезд. Проведенные измерения, в которых также принял участие аспирант Рандхавы Мухаммад Асиф Зубаир, показали, что этот барьер оказался значительно слабее, чем предполагалось ранее. Это означает, что процесс формирования тяжелых элементов может продолжаться беспрепятственно.
Нейтронные звезды, как объяснил Рандхава, представляют собой сверхплотные остатки, которые остаются после взрыва массивных звезд. Будучи размером всего с город, они могут обладать массой, превышающей массу Солнца. В некоторых двойных звездных системах нейтронная звезда притягивает к себе вещество звезды-компаньона, что создает экстремальные температуры и давление, вызывающие рентгеновские вспышки.
Ученые давно подозревали, что процесс образования более тяжелых элементов в этих вспышках может остановиться на изотопе меди-59, короткоживущем изотопе, распадающемся менее чем за две минуты. Этот короткий промежуток времени затруднял изучение реакции в лабораторных условиях, что представляло серьезную проблему для прямых измерений, сказал Рандхава.
В новом исследовании Рандхава вместе с коллегами из международной команды смог обойти эту проблему. Ученые создали пучок ядер меди-59, ускорили его и направили на замороженную водородную мишень до того, как изотоп успел распасться. Эксперимент был проведен в TRIUMF — национальной лаборатории Канады по ядерной и физике частиц, которая является одним из немногих мест в мире, способных производить пучки меди-59 в количестве, достаточном для подобных исследований. Это измерение стало первым в мире прямым лабораторным подтверждением данной ключевой реакции.