Группа физиков из США, Канады и Европы представила результаты экспериментального исследования, посвященного формированию одних из самых редких стабильных атомов во Вселенной. Речь идет о так называемых p-ядрах – изотопах тяжелее железа, которые отличаются избытком протонов. Происхождение этих элементов десятилетиями оставалось предметом дискуссий в научной среде, так как традиционные модели захвата нейтронов не объясняли их существование.
В ходе работы, опубликованной в журнале Physical Review Letters, исследователи впервые напрямую измерили параметры реакции захвата протона ядром мышьяка-73, в результате которой образуется селен-74. Эксперимент проводился на базе ускорительного комплекса FRIB в Университете штата Мичиган. Ученым удалось воссоздать ключевой этап звездного нуклеосинтеза, используя пучок редких изотопов, направленный в камеру, заполненную водородом.
Согласно современным представлениям, p-ядра образуются в ходе гамма-процесса при взрывах определенных типов сверхновых. В условиях экстремально высоких температур интенсивное гамма-излучение выбивает нейтроны из уже существующих тяжелых ядер. Полученные протон-избыточные изотопы со временем переходят в стабильное состояние, превращаясь в p-ядра, диапазон которых простирается от легкого селена-74 до тяжелой ртути-196.
Сложность изучения этого процесса заключалась в крайне коротком времени жизни промежуточных изотопов, что долгое время вынуждало астрофизиков полагаться преимущественно на теоретические расчеты. Применение установки FRIB позволило получить прямые данные о поведении нестабильного мышьяка-73 в лабораторных условиях. Полученные результаты позволили вдвое сократить неопределенность в расчетных моделях распространенности селена-74 в Солнечной системе.
Несмотря на существенное уточнение параметров, обновленные модели все еще не полностью совпадают с данными прямых астрономических наблюдений. Исследователи полагают, что это расхождение указывает на необходимость дальнейшего пересмотра теорий о физических условиях, возникающих внутри взрывающихся звезд. Работа объединила усилия более чем 45 специалистов из 20 институтов, продемонстрировав возможности гибких ускорительных систем в решении фундаментальных задач ядерной астрофизики.
