Stel je voor dat je microscopische aspecten van een klassieke nova kunt zien, een enorme stellaire explosie op het oppervlak van een witte dwergster (ongeveer zo groot als de aarde), in een laboratorium in plaats van op afstand via een telescoop.

Kosmische ontploffingen van deze omvang en groter creëerden veel van de atomen in ons lichaam, zegt Christopher Wrede van de Michigan State University, die presenteerde op de bijeenkomst van de American Association for the Advancement of Science. Een veilige manier om deze gebeurtenissen in laboratoria op aarde te bestuderen, is door de exotische kernen of 'zeldzame isotopen' te onderzoeken die ze beïnvloeden.

"Astronomen observeren exploderende sterren en astrofysici modelleren ze op supercomputers, " zei Wrede, assistent-professor natuurkunde aan het National Superconducting Cyclotron Laboratory van MSU. "Bij NSCL en, in de toekomst bij de Faciliteit voor Zeldzame Isotopen Beams, we kunnen de nucleaire eigenschappen meten die sterexplosies veroorzaken en de chemische elementen synthetiseren - essentiële input voor de modellen. Zeldzame isotopen zijn als het DNA van exploderende sterren."

Wrede's presentatie legde uit hoe zeldzame isotopen worden geproduceerd en bestudeerd bij MSU's NSCL, en hoe ze licht werpen op de evolutie van zichtbare materie in het universum.

"Zeldzame isotopen zullen ons helpen te begrijpen hoe sterren een deel van het waterstof- en heliumgas van de oerknal hebben verwerkt tot elementen die vaste planeten en leven vormen, " zei Wrede. "Experimenten in zeldzame isotopenbundelfaciliteiten beginnen de gedetailleerde kernfysica-informatie te verschaffen die nodig is om onze oorsprong te begrijpen."

In een recent experiment is Wrede's team onderzocht de stellaire productie van de radioactieve isotoop aluminium-26 die aanwezig is in de Melkweg. Een injectie van aluminium-26 in de nevel die het zonnestelsel vormde, zou de hoeveelheid water op aarde kunnen hebben beïnvloed.

Met behulp van een zeldzame isotoopstraal gemaakt bij NSCL, het team bepaalde de laatste onbekende kernreactiesnelheid die de productie van aluminium-26 in klassieke novae beïnvloedde.

Ze kwamen tot de conclusie dat tot 30 procent kan worden geproduceerd in novae, en de rest moet worden geproduceerd in andere bronnen, zoals supernova's.

Toekomstig onderzoek kan zich nu richten op het tellen van het aantal nova's in de melkweg per jaar, het modelleren van de hydrodynamica van novae en het onderzoeken van de andere bronnen in volledig nucleair detail.

Om hun bereik uit te breiden tot extremere astrofysische gebeurtenissen, nucleaire wetenschappers blijven hun technologie en technieken verbeteren. traditioneel, stabiele ionenbundels zijn gebruikt om kernreacties te meten. Bijvoorbeeld, het bombarderen van een stuk aluminiumfolie met een bundel protonen kan siliciumatomen produceren. Echter, exploderende sterren maken radioactieve isotopen van aluminium die te snel in andere elementen zouden vervallen om er een foliedoel van te maken.

"Met FRIB, we zullen het proces omkeren; we creëren een straal radioactieve aluminiumionen en gebruiken het om een ​​doelwit van protonen te bombarderen, " zei Wrede. "Zodra FRIB online komt, we zullen veel meer van de kernreacties kunnen meten die exploderende sterren beïnvloeden."