En stor del av de grundämnen som omger oss produceras i fusionsreaktioner i stjärnor. Dock, grundämnen tyngre än järn kräver mer komplexa processer som äger rum i en mängd olika astrofysiska miljöer för att kunna produceras. Att modellera dessa processer kräver kunskap om egenskaperna hos de nuklider som deltar i reaktionerna, såsom atommassa. I sin doktorsavhandling inom kärnfysikområdet vid Jyväskyläs universitet har Markus Vilén mätt atommassorna för 27 isotoper tyngre än järn och tre långlivade exciterade kärntillstånd. Av dem mättes 16 massor för första gången.

Mätningen utfördes med JYFLTRAP Penning-fällan vid Accelerator Laboratory vid Jyväskylä universitet. Resultaten hjälper till att förbättra teoretiska modeller för, till exempel, nukleosyntes vid sammanslagningar av neutronstjärnor och i en viss typ av röntgenskurar.

De exotiska radioaktiva isotoperna producerades med hjälp av IGISOL-anläggningen vid Accelerator Laboratory. Studien fokuserade främst på massmätningar på neutronrika isotoper av sällsynta jordartsmetaller med JYFLTRAP Penning-fällan. Dessutom, isotoper med nästan lika proton- och neutrontal studerades.

"Resultaten ledde till förbättrad noggrannhet av förutsägelser genom teoretiska modeller om de kvantiteter i vilka olika element produceras i, till exempel, sammanslagningar av neutronstjärnor. Mätningarna avslöjade också ny information om kärnstrukturen hos neutronrika och neutronbristiga isotoper, säger Markus Vilén från universitetet åh Jyväskylä.

Tekniker för massmätningar med hög precision och framställning av radioaktiva jonstrålar utvecklades och testades i studien.

"Massor av till och med enstaka joner mättes med precision på några delar per miljard, säger Vilén.