Новое измерение реакции звездного источника нейтронов устраняет давние разногласия

Астрофизики сообщили о недавнем прямом измерении сечения ключевой реакции звездного источника нейтронов, 13C(α,n)16O.

Достигнув самого точного на сегодняшний день сечения этой реакции при астрофизических энергиях, исследование решило давние разногласия между предыдущими данными об этой реакции, что имеет важное значение для понимания происхождения и распространенности во Вселенной элементов тяжелее железа.

Происхождение таких элементов является одним из 11 вопросов физики 21 века, и нейтроны являются ключом к превращению железа в более тяжелые элементы. Скорость реакции источника нейтронов определяет, сколько этих тяжелых элементов может образоваться в звездах.

Реакция 13C(α,n)16O, впервые предложенная теоретически как основной источник нейтронов в звездах в 1954 году, обеспечивает нейтронами, необходимыми для синтеза примерно половины всех тяжелее железа элементов во Вселенной. Целью экспериментальной ядерной астрофизики уже давно является точное измерение этой реакции при астрофизических энергиях (0,15-0,54 МэВ). Однако соответствующее сечение реакции чрезвычайно мало, что очень затрудняет ее измерение.

В течение последних семи лет в рамках сотрудничества Jinping Underground Nuclear Astrophysics (JUNA) было разработано разнообразное научное оборудование, установленное в Китайской подземной лаборатории им. Си Цзиньпина (CJPL), которая на сегодня является самой глубокой подземной лабораторией в мире. Это оборудование включает ускоритель, обеспечивающий самый интенсивный α-луч среди подземных лабораторий мира; мощные, толстые мишени, которые могут выдержать бомбардировку интенсивным пучком из сотен кулонов; и высокочувствительную, низкофоновую нейтронную систему обнаружения нейтронов.

Воспользовавшись этими разработками и сверхнизкой фоновой средой в CJPL, исследовательская группа успешно провела прямое измерение сечения реакции 13C(α,n)16O в астрофизическом диапазоне энергий 0,24-0,59 МэВ. Диапазон измеряемых энергий был расширен до 1,9 МэВ с помощью тандемного ускорителя 3 МВ в Сычуаньском университете.

Благодаря первому последовательному измерению, охватывающему энергетический диапазон от области звездных энергий до высоких энергий, исследование получило самую точную на сегодняшний день звездную скорость реакции 13C(α,n)16O.

"Полученные точные данные сечения этой реакции являются прочной основой для разработки астрономических моделей i- и s-процессов нуклеосинтеза для построения новой картины галактической химической эволюции тяжелых ядер", - отметил профессор Кадзино, ядерный астрофизик из Университета Бейханг.

Исследование было на днях опубликовано в журнале Physical Review Letters.

українською мовою