Föreställ dig att kunna se mikroskopiska aspekter av en klassisk nova, en massiv stjärnexplosion på ytan av en vit dvärgstjärna (ungefär lika stor som jorden), i ett laboratorium snarare än på långt håll via ett teleskop.
Kosmiska detonationer av denna skala och större skapade många av atomerna i våra kroppar, säger Christopher Wrede, Michigan State University, som presenterade på mötet American Association for the Advancement of Science. Ett säkert sätt att studera dessa händelser i laboratorier på jorden är att undersöka de exotiska kärnorna eller "sällsynta isotoper" som påverkar dem.
"Astronomer observerar exploderande stjärnor och astrofysiker modellerar dem på superdatorer, sa Wrede, biträdande professor i fysik vid MSU:s National Superconducting Cyclotron Laboratory. "På NSCL och, i framtiden vid anläggningen för sällsynta isotopstrålar, vi kan mäta de nukleära egenskaperna som driver stjärnexplosioner och syntetisera de kemiska grundämnena - väsentlig input för modellerna. Sällsynta isotoper är som DNA från exploderande stjärnor."
Wredes presentation förklarade hur sällsynta isotoper produceras och studeras vid MSU:s NSCL, och hur de kastar ljus över utvecklingen av synlig materia i universum.
"Sällsynta isotoper kommer att hjälpa oss att förstå hur stjärnor bearbetade en del av väte- och heliumgasen från Big Bang till element som utgör fasta planeter och liv, "Sade Wrede. "Experiment på sällsynta isotopstråleanläggningar börjar ge den detaljerade kärnfysikinformation som behövs för att förstå vårt ursprung."
I ett nyligen genomfört experiment, Wredes team undersökte stjärnproduktionen av den radioaktiva isotopen aluminium-26 som finns i Vintergatan. En injektion av aluminium-26 i nebulosan som bildade solsystemet kunde ha påverkat mängden vatten på jorden.
Med hjälp av en sällsynt isotopstråle skapad vid NSCL, teamet fastställde den senaste okända kärnreaktionshastigheten som påverkar produktionen av aluminium-26 i klassiska novaer.
De drog slutsatsen att upp till 30 procent kunde produceras i novaer, och resten måste produceras i andra källor som supernovor.
Framtida forskning kan nu fokusera på att räkna antalet novaer i galaxen per år, modellering av hydrodynamiken hos novaer och undersöka de andra källorna i fullständig kärnteknisk detalj.
För att utöka sin räckvidd till mer extrema astrofysiska händelser, kärnkraftsforskare fortsätter att förbättra sin teknik och sin teknik. Traditionellt, stabila jonstrålar har använts för att mäta kärnreaktioner. Till exempel, bombardera en bit aluminiumfolie med en stråle av protoner kan producera kiselatomer. Dock, exploderande stjärnor gör radioaktiva isotoper av aluminium som skulle sönderfalla till andra grundämnen för snabbt för att göra ett foliemål av dem.
"Med FRIB, vi kommer att vända på processen; vi skapar en stråle av radioaktiva aluminiumjoner och använder den för att bombardera ett mål av protoner, " sa Wrede. "När FRIB kommer online, vi kommer att kunna mäta många fler av de kärnreaktioner som påverkar exploderande stjärnor."
