Tijdens de najaarsvergadering van 2021 van de APS-divisie voor kernfysica, twee onafhankelijke onderzoeksgroepen zullen nieuwe metingen onthullen die de geboorte van de helft van de elementen van het universum moeten verklaren.

De studie van nucleosynthese van zware elementen door de R proces stelt een eenvoudige maar gedurfde vraag:waar komt het materiaal waaruit ons zonnestelsel bestaat, onze aarde, en waar wij eigenlijk vandaan komen?

De twee groepen hebben tegenovergestelde benaderingen gekozen om een ​​antwoord te vinden. Men gaat naar het laboratorium om te jagen op "astromers, " terwijl de ander naar de sterren kijkt om zware elementen te vergelijken.

Astromeren zijn astrofysisch metastabiele isomeren:aangeslagen toestanden van atoomkernen die ongewoon lang duren, zelfs in de heetste delen van de ruimte. Ze kunnen anders reageren en vervallen dan de overeenkomstige grondtoestand - wat betekent dat ze een speciale rol kunnen spelen in de processen die de elementen creëren die we in ons zonnestelsel vinden.

"De invloed van isomeren is slechts in een klein aantal gevallen onderzocht, maar ons theoretische werk laat zien dat hun effecten waarschijnlijk verstrekkend en diepgaand zijn, met gevolgen voor astrofysische waarnemingen en elementaire composities hier thuis op aarde, " zei G. Wendell Misch, Postdoctoraal onderzoeker bij Los Alamos National Laboratory, die tijdens de bijeenkomst een overzicht geeft van het laatste sterrenkundig onderzoek.

Bijvoorbeeld, astromeren kunnen het r-proces beïnvloeden dat zware elementen produceert. Misch werkt samen met wetenschapper Matthew Mumpower, ook in Los Alamos, evenals wetenschapper Kay Kolos van het Lawrence Livermore National Laboratory en een team van onderzoekers van het Argonne National Laboratory, met als doel de nog onbekende energieën van deze potentieel invloedrijke astromers te meten.

Om het energieverschil tussen de grondtoestand en de isomere toestand van belangrijke rottende kernen vast te leggen, het team gebruikt de Canadian Penning Trap in het Argonne National Laboratory. Dit apparaat vangt radioactieve ionen op die worden geproduceerd uit de Californium Rare Isotope Breeder Upgrade (CARIBU)-bronnen en maakt die energieverschilmetingen mogelijk.

Op de vergadering, Kolos zal voorlopige experimentele bevindingen presenteren die teruggrijpen op het theoretische werk van Misch.

"Met onze resultaten de theoretici zullen in staat zijn om de te berekenen R -proces nucleosynthese tot betere precisie. Deze metingen zullen helpen verduidelijken wat er gebeurt met astromeerpopulaties in de snel afkoelende omgeving nadat het r-proces is beëindigd, ' zei Kolos.

In de tussentijd, een andere groep onderneemt een ongewone, volledig nieuwe richting voor het onthullen van het oorsprongsverhaal van onze zwaarste elementen:hun productie vergelijken met wat in sterren wordt gevonden.

"De dichtste vorm van lichtgevende materie in het universum bestaat in neutronensterren:het laatste stoppunt in het leven van bepaalde sterren die veel massiever zijn dan de zon, " zei Erika Holmbeck, NASA Hubble Fellow bij de Carnegie Observatoria.

Holmbeck en medewerkers keken naar zware elementen door hun productie in neutronensterren te simuleren en die elementen ook in andere sterren te observeren. Van deze gezamenlijke R -processtudies, ze ontwikkelden een nieuwe toestandsvergelijking die neutronensterren beschrijft.

Hun voorlopige resultaten, die Holmbeck op de bijeenkomst zal presenteren, zijn het eens met zowel theoretische voorspellingen als metingen die neutronensterren zelf onderzoeken door NASA's NICER-telescoop.

"Hoewel deze aanpak drastisch verschilt van andere methoden, we vinden verrassend genoeg overeenstemming met zowel NICER-metingen als theoretische berekeningen over de structuur van deze exotische sterren. De resultaten verklaren tegelijkertijd ook de oorsprong van de zwaarste elementen in ons zonnestelsel, ' zei Holmbeck.