Om du vill veta var element kommer ifrån, se till stjärnorna. Nästan varje grundämne som är tyngre än helium bildas genom kärnreaktioner i stjärnor. Men vilka stjärnprocesser är ansvariga för dessa element? Kan vi hitta mönster i hur mycket av varje element vi observerar i olika astrofysiska miljöer, som stjärnor, galaxer eller klothopar?
Nyligen fokuserade ett team av NC State-forskare på processen för förstörelse av kalium (K) i klotformiga kluster, och tittade på ett kluster i synnerhet:NGC 2419. Uppsatsen är publicerad i tidskriften Physical Review Letters .
Globulära hopar är grupper av gravitationellt bundna stjärnor. Astronomer har observerat tydliga mönster i de relativa mängderna av olika grundämnen från stjärna till stjärna. Ett sådant mönster är mellan syre och natrium:stjärnor i klothopar som har mer natrium har mindre syre och vice versa. Detta är känt som natrium-syre (Na-O)-antikorrelationen. Flera andra antikorrelationer har också upptäckts, vilket indikerar att unika (ibland okända) processer förekommer i specifika klotformiga kluster.
2012 upptäcktes den första magnesium-kalium (Mg-K)-antikorrelationen i en specifik klotkluster, kallad NGC 2419. Ett totalt överskott av kalium var kopplat till reaktioner från vätebränning vid temperaturer mellan 80 och 260 miljoner kelvin.
Men det förbryllande är att stjärnorna i klustret som visade antikorrelationen är relativt unga, röda jättestjärnor. Kärnorna i dessa stjärnor bör inte vara tillräckligt varma för att kärnreaktioner ska ändra mängden Mg och K. Den ledande teorin involverade blandning med K och Mg från gamla stjärnor i klustret, men det som har förblivit osäkert är hastigheten på kalium- förstörande reaktion.
Ett forskarlag försökte återskapa den kaliumförstörande reaktionen genom att utföra ett experiment på en liknande kärnreaktion ( 39 K + 3 Han —> 40 Ca + d), vid Triangle Universities Nuclear Laboratory (TUNL).
Denna reaktion är en protonöverföringsreaktion, där en proton från helium-3 ( 3 Han) överförs till kalium-39 ( 39 K), bildar kalcium-40 ( 40 Ca). Denna experimentella reaktion tillåter oss att imitera den verkliga reaktionen som sker i en stjärna där kalium förstörs.
De fann att kalium inte bara kan förstöras vid lägre temperaturer, det förstörs 13 gånger snabbare än man tidigare trott vid dessa temperaturer.
Fyndet kan förändra hur vi modellerar elementskapande i stjärnor – inte bara för detta specifika fall av NGC 2419, utan också för andra astrofysiska modeller som inkluderar reaktioner på kalium.
Mer information: W. Fox et al, högupplöst studie av Ca40 för att begränsa kaliumnukleosyntesen i NGC 2419, Physical Review Letters (2024). DOI:10.1103/PhysRevLett.132.062701. På arXiv :DOI:10.48550/arxiv.2401.06754
Journalinformation: Fysiska granskningsbrev , arXiv
Tillhandahålls av North Carolina State University
