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中微子炼金术揭示了宇宙爆炸中的稀有元素

放大字体  缩小字体 2024-06-26 07:03  浏览次数:4 来源:本站编辑    

这张哈勃太空望远镜拍摄的照片显示了一颗超新星的残骸,人们认为它形成了一颗磁星。图片来源:NASA/JPL/哈勃传统小组(STScI/AURA)

科学家们提出了一种新的核合成过程,即νr过程,它可能解释太阳系中稀有同位素的起源。

科学家们提出了一种新的核合成过程,称为νr过程。当富含中子的物质暴露在高通量的中微子中时,它就会起作用。最近,GSI Helmholtzzentrum f r Schwerionenforschung、Technische Universität Darmstadt和马克斯·普朗克天体物理研究所的研究人员在《物理评论快报》上发表了这一理论建议,这可能是一个长期存在的问题的解决方案,该问题与太阳系中存在的一组稀有同位素的产生有关,但其起源仍然知之甚少,即所谓的p核。

恒星中的核合成

在大质量恒星中进行的核聚变过程产生了铁和镍的原子核。除此之外,大多数稳定的重核,如铅和金,都是通过慢速或快速中子捕获过程产生的。对于其余的缺乏中子的细胞的产生,已经提出了多种核合成过程。然而,解释(早期)太阳系中92,94mo, 96,98ru和92Nb的大量丰度仍然是一个挑战。

νr过程的机理

ν -过程允许同时产生所有这些原子核,因为中微子催化了一系列捕获反应。这个过程是这样运作的:ν -过程在天体物理爆炸中富含中子的流出物中运作,当温度很高时,这些流出物最初由位于铁和镍周围的中子和原子核组成。随着材料温度的降低,通过一系列中子俘获和弱相互作用过程,较轻的原子核产生较重的原子核。

然而,与快中子捕获过程的弱反应是β衰变不同,ν -过程的弱反应是中微子吸收反应。一旦自由中子耗尽,进一步的中微子吸收反应将束缚在原子核中的中子转化为质子,将生成的原子核推向甚至超越稳定线。

p核用红色标出。图片来源:熊泽伟

中微子的能量大到足以激发原子核,使其通过发射中子、质子和α粒子而衰变。发射的粒子被重原子核捕获。这触发了一系列由中微子催化的捕获反应,这些反应决定了ν - r过程产生的元素的最终丰度。通过这种方式,中微子可以产生缺乏中子的原子核,否则是无法接近的。

GSI/FAIR核天体物理与结构系的科学家、该论文的通讯作者熊泽伟说:“我们的发现为通过原子核上的中微子吸收反应来解释p核的起源开辟了一种新的可能性。”

识别恒星环境

在确定了驱动ν - r过程的一系列反应之后,发生恒星爆炸的类型还有待确定。在他们的论文中,作者提出,ν -r过程在强磁场环境中喷射的物质中起作用,比如在磁旋转超新星、坍缩星或磁星中。这一建议促使天体物理学家寻找合适的条件,事实上,一份首次发表的报告已经报告说,磁驱动的喷射达到了必要的条件。

未来研究及启示

ν -过程需要了解位于-稳定线两侧的原子核上的中微子反应和中子俘获反应。GSI/FAIR设施的独特存储环功能将使测量相关反应成为可能。

参考文献:熊泽伟,Gabriel Martínez-Pinedo, Oliver Just和Andre Sieverding的“

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