Simulering av sammanslagningen av två neutronstjärnor som visar hur stjärnorna deformeras och matar ut material när de sammanfogas. Upphovsman:Stephan Rosswog
Vid höstmötet 2021 för APS Division of Nuclear Physics, två oberoende forskargrupper kommer att avslöja nya mätningar som syftar till att förklara födelsen av halva universums element.
Studiet av tungelementnukleosyntes av r processen ställer en enkel men djärv fråga:Var kommer materialet som utgör vårt solsystem, vår jord, och vi kommer egentligen ifrån?
De två grupperna har tagit motsatta tillvägagångssätt för att hitta ett svar. En går till laboratoriet för att jaga "astromerer, "medan den andra ser till stjärnorna för att jämföra tunga element.
Astromerer är astrofysiskt metastabila isomerer:upphetsade tillstånd av atomkärnor som varar ovanligt länge även i de hetaste delarna av rymden. De kan reagera och förfalla annorlunda än motsvarande marktillstånd - vilket innebär att de kan ha en speciell roll att spela i processerna som skapar de element vi hittar i vårt solsystem.
"Isomers inflytande har studerats endast i ett fåtal fall, men vårt teoretiska arbete visar att deras effekter sannolikt är omfattande och djupgående, med konsekvenser för astrofysiska observerbara och elementära kompositioner här hemma på jorden, "sa G. Wendell Misch, Postdoktor vid Los Alamos National Laboratory, som ger en översikt över den senaste astromerforskningen vid mötet.
Till exempel, astromerer kan påverka r -processen som producerar tunga element. Misch samarbetar med forskaren Matthew Mumpower, även i Los Alamos, liksom forskaren Kay Kolos från Lawrence Livermore National Laboratory och ett team av forskare vid Argonne National Laboratory, med målet att mäta de ännu okända energierna hos dessa potentiellt inflytelserika astromerer.
För att registrera energiskillnaden mellan grundtillståndet och isomertillståndet för viktiga sönderfallande kärnor, laget använder Canadian Penning Trap vid Argonne National Laboratory. Denna enhet fångar upp radioaktiva joner som produceras från Californium Rare Isotope Breeder Upgrade (CARIBU) källor och tillåter dessa energiskillnadsmätningar.
Illustration av hur tunga element som finns i stjärnor idag används som "härskare" för att bestämma storleken på tidigare sammanslagna neutronstjärnor som skapade dessa element. Upphovsman:Erika M. Holmbeck / STScI
På mötet, Kolos kommer att presentera preliminära experimentella fynd som återkopplar till teoretiskt arbete av Misch.
"Med våra resultat, teoretikerna kommer att kunna beräkna r -process nukleosyntes till bättre precision. Dessa mätningar hjälper till att klargöra vad som händer med astromerpopulationer i den snabbt kylande miljön efter att r -processen avslutats, sa Kolos.
Under tiden, en annan grupp åtar sig en ovanlig, helt ny riktning för att avslöja ursprungshistorien för våra tyngsta element:att jämföra deras produktion med vad som finns i stjärnor.
"Den tätaste formen av lysande materia i universum finns i neutronstjärnor:den sista stopppunkten i vissa stjärnors liv mycket mer massiv än solen, sa Erika Holmbeck, NASA Hubble -stipendiat vid Carnegie Observatories.
Holmbeck och medarbetare tittade på tunga element genom att simulera sin produktion i neutronstjärnor och också observera dessa element i andra stjärnor. Från dessa gemensamma r -processstudier, de utvecklade en ny statlig ekvation som beskriver neutronstjärnor.
Deras preliminära resultat, som Holmbeck kommer att presentera vid mötet, håller med både teoretiska förutsägelser och mätningar som själva undersöker neutronstjärnor med NASA:s NICER -teleskop.
Konstnärens uppfattning om en astrofysisk händelse, som en sammanslagning av neutronstjärnor, som skulle skapa astromerer. Olika astromerer kan producera ljus med karakteristiska våglängder som gör det möjligt för astronomer att identifiera unika element som produceras i händelsen. Upphovsman:Matthew Mumpower
"Även om detta tillvägagångssätt skiljer sig drastiskt från andra metoder, vi finner överraskande överens med både NICER -mätningar och teoriräkningar om strukturen hos dessa exotiska stjärnor. Resultaten förklarar samtidigt samtidigt ursprunget till de tyngsta elementen som finns i vårt solsystem, sa Holmbeck.
