北京
研究人员发现，新确定的氪-88中子俘获率始终低于理论预测。
美国稀有同位素束流装置（FRIB）和阿贡串联直线加速器系统（ATLAS）的科学家帮助解决了核物理反应中的一个关键不确定性，该反应有助于理解恒星中锶是如何形成的。这一成果涉及加拿大和欧洲的另外12个参与机构，并采用了一种间接方法：通过测量另一种元素氪的同位素如何表现来确定锶。
宇宙中发现的大多数元素都是恒星活动的结果。自20世纪50年代以来，科学家一直依赖三种已确立的过程来解释比铁更重的元素是如何形成的。这些过程被称为r过程（快中子俘获过程）、s过程（慢中子俘获过程）和p过程，后者形成更富质子的重同位素，而这些同位素无法通过中子俘获过程产生。
每个过程都涉及中子的俘获或移除，并且在20世纪90年代之前都能很好地解释这些元素。当科学家开始观测古老恒星中某些元素的丰度时，情况发生了变化，因为这些丰度与这些过程不符。锶就是其中之一。
解释锶的丰度
锶是一种碱土金属，用于烟花和夜光漆。它也可用于考古分析，其中同位素帮助科学家确定标本的年代和原产地。对天体物理学家来说，理解锶的形成有助于解释核合成，即恒星形成元素的过程。
解释锶丰度的一个被提出的解决方案是i过程。它发生在s过程与r过程之间的条件下，其中中子密度和时间尺度在分钟量级。
虽然r过程是快中子俘获过程，s过程是慢中子俘获过程，但i过程会快速吸收中子并生成更重的元素。
尽管i过程模型能够解释多种元素丰度，但它对锶并不适用，因为它产生的这种元素太少。“我们的模型曾指出，氪-88上的中子俘获是锶短缺背后的关键未知因素，”参与这项工作的维多利亚大学物理学和天文学教授法尔克·赫维希说。
消除不确定性
中子俘获反应很难直接测量，因为在实验室中重现恒星条件很困难；这些反应不常发生，而且所涉及的原子核寿命很短。
研究人员采用间接方法来克服这一困难，产生了氪-89——一种更高质量的同位素——并让它衰变到较低能态。利用ATLAS中FRIB的Summing Nal（SuN）探测器，研究人员能够测量氪-89的伽马射线发射，并间接推断氪-88的中子俘获率。
研究人员发现，新确定的氪-88中子俘获率始终低于理论预测。当他们将这一速率用于i过程模型时，结果显示生成的锶数量更高，更接近天文观测。
“既然我们知道了这一反应速率，下一步就再次落到我们建模者身上，”赫维希在新闻稿中补充道。“随着主要核不确定性被消除，我们可以转向天体物理学、中子密度和燃烧时序，并努力缩小与我们在最古老恒星中看到的结果之间剩余的差距。”
研究结果发表在《通讯·物理学》期刊上。
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