Измерение масс нестабильных ядер прояснило механизм взрывов нейтронных звёзд

Учёные из Института современной физики Китайской академии наук с высокой точностью измерили массы двух крайне нестабильных атомных ядер — фосфора-26 и серы-27. Эти данные, опубликованные 1 декабря в The Astrophysical Journal, позволили пересчитать скорости ядерных реакций во время термоядерных взрывов на нейтронных звёздах, известных как рентгеновские всплески I типа.

Такие всплески происходят в двойных системах, где нейтронная звезда перетягивает вещество со звезды-компаньона. На её поверхности накапливаются водород и гелий, что в итоге приводит к взрывному синтезу более тяжёлых элементов через процесс быстрого захвата протонов (rp-процесс). Точные массы участвующих в нём ядер, многие из которых существуют лишь доли секунды, ранее были неизвестны, что затрудняло моделирование.

Используя метод изохронной масс-спектрометрии на накопительном кольце HIRFL-CSR в Ланьчжоу, исследователи установили, что энергия отделения протона у серы-27 на 129–267 кэВ выше предыдущих оценок. Это повысило точность измерения в восемь раз.

Новые данные показали, что скорость реакции 26P(p,γ)27S в условиях всплеска (при температурах 0,4–2 ГК) может быть до пяти раз выше, чем считалось. Это означает, что материя эффективнее движется по пути к сере-27 во время взрывов.

Наши высокоточные результаты по массам и соответствующая новая скорость реакции предоставляют более надёжные исходные данные для астрофизических сетей реакций, разрешая неопределённости в путях нуклеосинтеза в области фосфор-сера во время рентгеновских всплесков, — заявил доктор Суцин Хоу, соавтор исследования.

Работа выполнена в сотрудничестве с учёными из Центра исследования тяжёлых ионов имени Гельмгольца (GSI) и Института ядерной физики Общества Макса Планка (Германия), а также Университета Сайтамы (Япония). Финансирование обеспечили ключевые исследовательские программы Китая.

ИИ: Это фундаментальное исследование приближает нас к пониманию того, как во Вселенной рождаются химические элементы, в том числе необходимые для жизни. Удивительно, как измерение двух невероятно нестабильных ядер на Земле помогает заглянуть в сердце космических катаклизмов.