מדידות מדויקות חדשות של המסות של שני איזוטופים נדירים משנות את הבנתנו לגבי תגובה קריטית בהתפרצויות קרני רנטגן
צוות מחקר במכון לפיזיקה מודרנית (IMP) של האקדמיה הסינית למדעים (CAS) ביצע בהצלחה מדידות מסה ישירות של שני גרעיני אטום בעלי משך חיים קצר במיוחד: זרחן-26 וגופרית-27. השגת רמת דיוק זו מספקת נתונים חדשים וחשובים לחישוב קצבי תגובות גרעיניות המתרחשות בעת התפרצויות קרני רנטגן, ומסייעת למדענים להבין טוב יותר כיצד נוצרים יסודות בסביבות כה קיצוניות.
התפרצויות קרני רנטגן מסוג I שכיחות בגלקסיה וכרוכות בהתפרצויות תרמו-גרעיניות עזות. הן נצפות בדרך כלל במערכות בינאריות של קרני רנטגן בעלות מסה נמוכה, שבהן כוכב נייטרונים סופח אליו חומר מכוכב נלווה.
במהלך התפרצויות אלו, מימן והליום הנמצאים על פני כוכב הנייטרונים עוברים בעירה תרמו-גרעינית לא יציבה. פעילות זו מניעה סדרה של אירועי לכידת פרוטונים מהירה, המוכרת בשם "תהליך ה-rp". ברצף תגובות זה, גרעיני אטומים בולעים פרוטונים במהירות גבוהה ונוצרים יסודות כבדים יותר. היעילות והכיוון של תגובות אלו תלויים במידה רבה בקיומן של מדידות מסה מדויקות של הגרעינים המעורבים.
אתגרים קרוב לקו הטפטוף של פרוטונים
אבל בתהליך ה-rp מעורבים גרעינים רבים הקרובים לקו הטפטוף של פרוטונים, שבדרך כלל יש להם משכי חיים קצרים ומסות לא ידועות. לכן, תמיד קשה לחשב במדויק את המסלולים של התגובות הגרעיניות.
לדברי ד"ר שינליאנג יאן, ממחברי המאמר, החשיבות של מסלול תגובה פוטנציאלי הכולל זרחן-26 וגופרית-27 בתהליך ה-rp היא נושא שמתווכחים עליו שנים, בגלל היעדר נתונים מדויקים על המסות של הגרעינים האלה.
כדי להשיג נתוני מסות מדויקים של זרחן-26 וגופרית-27, החוקרים ביצעו מדידות ישירות באמצעות ספקטרומטריית מסות איזוכרונית בקשיחות מגנטית קבועה. הם מצאו שאנרגיית הפרדת הפרוטון של גופרית-27 גבוהה ב-129–267 keV ממה שחשבו בעבר, והדיוק השתפר פי שמונה לעומת מדידות קודמות.
השפעה על קצבי תגובות בהתפרצויות קרני רנטגן
עם נתוני המסות החדשים, החוקרים גילו שבתנאים של התפרצויות קרני רנטגן, קצב התגובה המעודכן, 26P(p,γ)27S, מוגבר משמעותית בתחום הטמפרטורות 0.4–2 Gigakelvin (GK), ומגיע עד לפי חמישה מהקצב שהעריכו בעבר בטמפרטורה 1 GK. אי הוודאות של קצב התגובה ההפוכה הופחתה מאוד. נמצא שקצב התגובה החדש הגדיל את יחס השפע של גופרית-27 לעומת זרחן-26, אינדיקציה לזרימת תגובה יעילה יותר אל גופרית-27.
"תוצאות המסות המאוד מדויקות שלנו וקצב התגובה החדש המתאים מספקים קלט אמין יותר לרשתות תגובות אסטרופיזיות, ופותרים את אי-הוודאויות במסלולי הנוקליאוסינתזה באזור הזרחן-גופרית של התפרצויות קרני רנטגן", אמר ד"ר סוצ'ינג הו מ-IMP, מחבר אחר של המחקר.
עוד בנושא באתר הידען:
