Nucleaire bindingsenergieën van verschillende isotopen van zeldzame aarde zijn voor het eerst gemeten. Het experiment uitgevoerd in het Accelerator Laboratory van de Universiteit van Jyväskylä, Finland, levert essentiële gegevens om te begrijpen hoe elementen zwaarder dan ijzer worden geproduceerd in de kosmos.

De oorsprong van chemische elementen zwaarder dan ijzer, zoals goud of platina, lange tijd verbaasde wetenschappers. Recente multimessenger-waarnemingen van een samensmelting van twee neutronensterren (GW170817), en in het bijzonder de bijbehorende kilonova, wierp hier licht op en bevestigde dat elementen zwaarder dan ijzer worden gevormd, tenminste bij dit soort fusies via het snelle neutronenvangproces, het r-proces. Bovendien, de verandering van blauwe naar rode kilonova gaf aan dat er ook lichtere r-proceselementen werden geproduceerd, in tegenstelling tot de verwachtingen van alleen zwaardere elementen. Om het r-proces in detail te begrijpen, het is van cruciaal belang om de bijbehorende berekeningen te verbeteren door preciezere nucleaire gegevens. Het snelle neutronenvangproces verloopt langs neutronenrijke radioactieve kernen, die uiteindelijk vervallen tot stabiele isotopen van chemische elementen die we in de natuur hebben. Daarom, de eigenschappen van neutronenrijke kernen, zoals hun bindende energieën, zijn essentieel voor de berekeningen en wat ze voorspellen voor de abundanties van chemische elementen die in verschillende astrofysische omstandigheden worden geproduceerd. Dit zal steeds belangrijker worden bij de komst van nieuwe multimessenger-waarnemingen.

Nauwkeurige experimentele gegevens voor betere berekeningen

Nucleaire bindingsenergieën voor twaalf kernen in het zeldzame-aardegebied zijn onlangs gemeten in het Accelerator Laboratory van de Universiteit van Jyväskylä met behulp van een Penning trap-massaspectrometerapparaat JYFLTRAP. Zes van de bestudeerde nucliden werden voor het eerst gemeten. De resultaten hebben de grootste impact op de abundanties van isotopen van zeldzame aarde die worden geproduceerd in het snelle neutronenvangproces. Met de nieuwe, preciezere experimentele nucleaire bindingsenergieën, veranderingen tot 25% werden waargenomen in de berekende abundanties en er werd een betere overeenkomst met de waargenomen abundanties bereikt. In aanvulling, oneven-even duizelingwekkend in de gemeten neutronenbindingsenergieën bleek zwakker te zijn dan voorspeld door theoretische nucleaire massamodellen die typisch worden gebruikt voor de r-procesberekeningen.

"Met de nieuwe experimentele gegevens, berekeningen voor de nucleosynthese van zwaardere elementen in verschillende omstandigheden, zoals bij fusies van neutronensterren, nauwkeuriger kan. Dit helpt ons om beter te begrijpen hoe zwaardere elementen worden gevormd in de kosmos, ", zegt Academy Research Fellow Anu Kankainen van de afdeling Natuurkunde aan de Universiteit van Jyväskylä.

De resultaten zijn gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven .