Neutrino Alchemy חושף אלמנטים נדירים בפיצוצים קוסמיים

מדענים הציעו תהליך נוקלאוסינתזה חדש, תהליך νr, שעשוי להסביר את מקורם של איזוטופים נדירים במערכת השמש.

תהליך נוקלאוסינתזה חדש שציין את תהליך νr הוצע על ידי מדענים. הוא פועל כאשר חומר עשיר בניוטרונים נחשף לשטף גבוה של ניטרינו. ההצעה התיאורטית, שפורסמה לאחרונה ב מכתבי סקירה פיזית על ידי חוקרים מ-GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung, Technische Universität Darmstadt ומכון מקס פלנק לאסטרופיזיקה, עשויים להיות הפתרון לבעיה ארוכת שנים הקשורה לייצור של קבוצת איזוטופים נדירים הנמצאים במערכת השמש אך מקורם עדיין לא מובן, מה שנקרא גרעיני p.

נוקלאוסינתזה בכוכבים

תהליכי היתוך הפועלים בכוכבים מסיביים מייצרים גרעינים עד ברזל וניקל. מעבר להם, רוב הגרעינים הכבדים היציבים, כמו עופרת וזהב, מיוצרים באמצעות תהליכי לכידת נויטרונים איטיים או מהירים. לייצור של שאר אותם, שהם חסרי נויטרונים, הוצעו מגוון תהליכי נוקלאוסינתזה. עם זאת, זה נשאר אתגר להסביר את השפע הגדול של ^92,94מו, ^96,98רו, ו ⁹²Nb במערכת השמש (המוקדמת).

מנגנון של תהליך νr

תהליך νr מאפשר ייצור בו-זמני של כל אותם גרעינים מכיוון שהניטרינו מזרזים סדרה של תגובות לכידה. כך עובד התהליך: תהליך ה-νr פועל בזרימות יציאות עשירות בניוטרונים בהתפוצצויות אסטרופיזיות שבתחילה, כשהטמפרטורות גבוהות, מורכבים מניוטרונים וגרעינים הממוקמים סביב ברזל וניקל. ככל שהטמפרטורה של החומר יורדת, נוצרים גרעינים כבדים יותר מגרעינים קלים יותר על ידי רצף של לכידות נויטרונים ותהליכי אינטראקציה חלשים.

עם זאת, בשונה מתהליך לכידת נויטרונים המהיר, שבו התגובות החלשות הן התפרקות בטא, עבור תהליך νr הן תגובות ספיגת נייטרינו. לאחר מיצוי הנייטרונים החופשיים, תגובות ספיגת נייטרינו נוספות הופכות נויטרונים הקשורים בגרעינים לפרוטונים הדוחפים את הגרעינים המיוצרים לעבר ואף מעבר לקו היציבות בטא.

האנרגיות של הניטרינו גדולות מספיק כדי לעורר גרעינים למצבים שמתפרקים על ידי פליטת נויטרונים, פרוטונים וחלקיקי אלפא. החלקיקים הנפלטים נלכדים על ידי הגרעינים הכבדים. זה מפעיל סדרה של תגובות לכידה המזרזות על ידי ניטרינו שקובעות את השפע הסופי של יסודות המיוצרים על ידי תהליך νr. בדרך זו, ניטרינו יכולים לייצר גרעינים חסרי נויטרונים שאינם נגישים אחרת.

"הממצא שלנו פותח אפשרות חדשה להסביר את מקורם של גרעיני p באמצעות תגובות ספיגת ניטרינו על גרעינים", אומר זוואי שיונג, מדען במחלקת אסטרופיזיקה ומבנה גרעיני של GSI/FAIR והמחבר המקביל של הפרסום.

זיהוי הסביבה הכוכבית

לאחר שקבעתי את סדרת התגובות המניעות את תהליך ה-νr, עדיין לא ניתן לזהות את סוג הפיצוץ הכוכבי שבו הוא מתרחש. בפרסומם הציעו המחברים שתהליך νr פועל בחומר שנפלט בסביבה עם שדות מגנטיים חזקים, כמו בסופרנובות מגנטות-סיבוביות, במפולות או במגנטרים. הצעה זו עוררה אסטרופיזיקאים לחפש את התנאים המתאימים, ואכן פרסום ראשון כבר דיווח כי פליטה מונעת מגנטית מגיעה לתנאים הדרושים.

מחקר עתידי והשלכות

תהליך νr דורש ידע של תגובות נייטרינו ותגובות לכידת נויטרונים על גרעינים הממוקמים משני צידי קו היציבות בטא. מדידת התגובות הרלוונטיות תתאפשר עם יכולות טבעת האחסון הייחודיות במתקן GSI/FAIR.