i-процесс: открыт новый способ образования химических элементов в звездах
Физики из Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли исследуют новый механизм образования тяжелых элементов во Вселенной. Долгое время наука выделяла только два основных способа, с помощью которых звезды создают вещества тяжелее железа. Однако наблюдения за космосом показали, что этих процессов недостаточно для объяснения состава некоторых небесных тел. Ученые предполагают существование третьего, промежуточного варианта.
Происхождение всех химических элементов связано с ядерными реакциями в звездах. Атомное ядро захватывает нейтроны и становится тяжелее. Стандартная модель описывает два пути такого захвата. Первый называют s-процессом, или медленным захватом. Он длится тысячи лет при низкой плотности нейтронов и позволяет создавать элементы вплоть до висмута. Второй путь — это r-процесс, или быстрый захват. Он происходит при взрывах звезд за доли секунды и при колоссальной плотности частиц. Так появляются очень тяжелые элементы вроде урана и плутония.
Астрономы обнаружили звезды с необычным соотношением элементов. Их химический состав невозможно объяснить только медленным или быстрым процессом. Это указывает на существование промежуточного механизма, который назвали i-процессом. Впервые гипотезу о нем выдвинули еще в 1977 году, но затем ее надолго забыли. Интерес к ней вернулся около десяти лет назад, когда новые мощные телескопы позволили детальнее изучить свет далеких звезд и подтвердить аномалии.
Ведущий автор новой статьи Матис Видекинг и его коллеги объединили данные наблюдений, теории и экспериментов. Исследование i-процесса требует совместной работы специалистов из разных областей. Астрономы собирают данные о составе звезд с помощью спектроскопии. Теоретики строят сложные модели ядерных реакций. Если в моделях не хватает точности, экспериментаторы проводят замеры на ускорителях частиц.
Главная сложность изучения i-процесса заключается в работе с нестабильными ядрами. Для понимания реакций ученым нужно знать вероятность захвата нейтрона ядром. Измерить это для стабильного вещества легко, но i-процесс затрагивает короткоживущие элементы. Прямые измерения здесь невозможны. Физикам приходится использовать косвенные методы и сложное оборудование, например, циклотроны и детекторы гамма-излучения.
Результаты таких фундаментальных исследований находят применение и на Земле. Данные о поведении нестабильных ядер нужны инженерам для проектирования ядерных реакторов нового поколения. Также эта информация помогает оценить возможность создания новых медицинских изотопов в лабораторных условиях. Точные измерения снижают неопределенность в расчетах и повышают безопасность технологий.
В ближайшие пять-десять лет ученые планируют окончательно подтвердить роль i-процесса в формировании Вселенной. Сейчас исследовательские группы по всему миру анализируют массивы экспериментальных данных. Это позволит либо доказать, что промежуточный процесс объясняет загадочные аномалии в составе звезд, либо заставит теоретиков искать совершенно новые объяснения.
Ранее физики выяснили, какие химические реакции повлияли на образование первых звезд.
Источник фото: Marilyn Sargent/Berkeley Lab
Самое популярное
