Ett nytt mått på hur snabbt stjärnor skapar kol kan utlösa ett stort skifte i vår förståelse av hur stjärnor utvecklas och dör, hur elementen skapas, och till och med ursprunget och överflödet av livets byggstenar.

Fysiker vid Australian National University och University of Oslo reproducerade hur stjärnor gör kol genom ett flyktigt partnerskap av heliumatomer som kallas Hoyle -staten i två separata mätningar. De fann att kol - livets byggsten - produceras 34 procent snabbare än man tidigare trott.

"Det är ett riktigt överraskande resultat, med djupa konsekvenser för astrofysik, "säger docent Tibor Kibédi, en av de ledande forskarna från Institutionen för kärnfysik vid ANU.

Oslo -experimentet rapporterades i Fysiska granskningsbrev , och ANU -resultaten publicerades i Fysisk granskning C .

Stjärnor producerar kol genom trippel-alfa-processen, där tre alfapartiklar (heliumkärnor) kolliderar och smälter inom en liten bråkdel av en sekund. Denna process är så osannolik att astrofysiker under många år var förlorade på att förklara hur kol och tyngre element kan skapas i universum.

År 1953 föreslog den kända astronomen Sir Fred Hoyle en lösning på gåtan:ett tidigare okänt upphetsat tillstånd av kol, mycket nära energin i trippel alfa -processen. Detta upphetsade tillstånd, nu känd som Hoyle -staten, och skulle fungera som en språngbräda för att producera stabilt kol.

Detta i sin tur banar väg för ytterligare fusionsreaktioner, tillåter stjärnor att göra de tyngre elementen från syre till järn och bortom.

Kolet och andra element som bildas inuti stjärnor blir så småningom damm och gas från vilken planeter bildas. Här på jorden, kolkemi är grunden för livet.

"Det är ett av mirakel i den materiella världen, "Sa Kibédi." Enkelt uttryckt, om Hoyle -staten inte fanns, det skulle vi inte heller! "

Även med hjälp från staten Hoyle, bildandet av stabilt kol är fortfarande mycket osannolikt.

"För varje 2500 Hoyle -statskärnor som produceras, "förklarade Kibédi, "bara en övergår till stabilt kol. Resten går sönder."

Det är mycket svårt att mäta kolproduktionstakten direkt. Istället, fysiker beräknar det indirekt från observationer av två olika Hoyle -tillståndsövergångar.

För att mäta den första övergången, Kibédi och hans team vid ANU:s Heavy Ion Accelerator Facility (HIAF) avlossade en protonstråle mot ett extremt tunt kol för att bilda Hoyle -statskärnor. En liten bråkdel av de upphetsade kärnorna övergår tillbaka till stabilt kol genom att avge ett elektron-positronpar, som teamet upptäckte med HIAF:s SUPER-E par-spektrometer.

På samma gång, Kibédi och hans team arbetade med forskare vid universitetet i Oslos cyklotronlaboratorium för att mäta den andra övergången, där Hoyle -tillståndet avger en foton. De observerade sex miljarder Hoyle -tillståndsreaktioner, varav bara 200 sönderfallit via fotonförfallet.

Genom att kombinera ANU- och Oslo -resultaten, laget beräknade kolproduktionstakten, den första stora uppdateringen på 40 år. De fann att det var mer än en tredjedel större än man tidigare trott, en enorm förändring för en så kritisk astrofysisk mängd.

"Det var verkligen oväntat, "sa Kibédi." Ingen hade tittat på den här mätningen sedan 1976. Alla antog att den var välkänd. "

Enligt Dr Meridith Joyce från ANU's Research School of Astronomy and Astrophysics, en så stor förändring skulle vara en stor händelse för stjärnastrofysiker.

"En ökning av kolproduktionstakten som denna skulle ha stor inverkan på många av våra modeller, "Sa Joyce.

"Det skulle påverka vår förståelse för hur stjärnor förändras över tiden, hur de producerar element som är tyngre än kol, hur vi mäter stjärnornas ålder och hur länge de kommer att pågå, hur ofta förväntar vi oss att se supernova -explosioner, även om de lämnar efter sig neutronstjärnor eller svarta hål. "

Med så många astronomiska fenomen som förlitar sig på mätningen, en så stor anpassning till det tidigare accepterade värdet kommer att locka mycket granskning. Kibédi är optimistisk att fler experiment kommer att cementera deras resultat, inklusive ytterligare arbete på HIAF.

"Det är viktigt att fler experiment görs för att lösa detta, "sa han." Oslo -experimentet upprepas, och den preliminära analysen verkar stödja våra resultat. "

"Vår ursprungliga plan här på ANU var att observera sönderfall från båda Hoyle -tillståndsövergångarna i ett enda experiment för första gången. Jag är fortfarande hoppfull att vi kan göra det."