Ученые из США воспроизвели в лаборатории характерную ядерную реакцию, которая происходит на поверхности нейтронной звезды, пожирающей массу звезды-компаньона, сообщает Национальная лаборатория Ок-Ридж. Их достижение, описанное в журнале Physical Review Letters, поможет лучше понять звездные процессы, генерирующие различные ядерные изотопы.
Нейтронная звезда обладает огромным гравитационным притяжением, которое может вытягивать водород и гелий из ближайшей звезды. Когда этот материал падает на нейтронную звезду, плотность и температура становятся настолько высокими, что происходит термоядерный взрыв, который может распространиться по поверхности звезды. В результате поглощенные элементы превращаются в более тяжелые.
JENSA (Jet Experiments in Nuclear Structure and Astrophysics) – струйные эксперименты в ядерной структуре и астрофизике. Система JENSA включает в себя почти два десятка насосов, промышленный компрессор и вакуумные камеры, куда можно установить большие массивы детекторов как заряженных частиц, так и гамма-излучения.
Чтобы воспроизвести этот процесс на Земле, команда использовала систему JENSA, которая производит струю гелия с самой высокой в мире плотностью для экспериментов с ускорителями.
В своем эксперименте ученые поразили мишень из альфа-частиц (ядра гелия-4) лучом аргона-34 (число после изотопа указывает на общее количество протонов и нейтронов). В результате этого синтеза образовались ядра кальция-38 с 20 протонами и 18 нейтронами. Поскольку эти ядра были возбуждены, они выбрасывали протоны и превращались в ядра калия-37. Так, ученые смогли вычислить количество реакций, а также определить динамику реакции.
«Мы не только знаем, сколько реакций произошло, но также мы знаем удельную энергию, в которой оказалось последнее ядро калия-37, что является одним из компонентов, предсказанных теоретической моделью», — комментируют авторы работы.
Лабораторный эксперимент улучшает понимание ядерных реакций, которые происходят, когда материал падает на поверхность нейтронных звезд. Эти звезды рождаются, когда у массивной звезды заканчивается топливо и она коллапсирует в сферу размером с город. Затем гравитация сжимает элементарные частицы как можно ближе друг к другу, создавая очень плотную материю. Одна чайная ложка нейтронной звезды будет весить столько же, сколько гора. Звезды, заполненные нейтронами, вращаются быстрее, чем лопасти блендера, и создают сильнейшие магниты во Вселенной.
[Иллюстрация: Jacquelyn DeMink/ORNL, U.S. Dept. of Energy]