Вчені наблизили зоряну матерію до Землі завдяки створенню 5 нових ізотопів

Міжнародна дослідницька група в Центрі пучків рідкісних ізотопів (FRIB) при Університеті штату Мічіган успішно створила п’ять нових ізотопів, наблизивши зірки до Землі.

Про ізотопи, відомі як тулій-182, тулій-183, ітербій-186, ітербій-187 і лютецій-190, було повідомлено 15 лютого в журналі Physical Review Letters.

Вони являють собою першу партію нових ізотопів, виготовлених у FRIB, призначеному для користувачів Управлінні науки Міністерства енергетики США або DOE-SC, що підтримує місію Управління ядерної фізики DOE-SC. Нові ізотопи показують, що FRIB наближається до створення ядерних зразків, які наразі існують лише тоді, коли надщільні небесні тіла, відомі як нейтронні зірки, врізаються одне в одне.

«Це захоплююча частина», — сказала Олександра Гаде, професор фізики в FRIB і на факультеті фізики та астрономії МДУ та науковий директор FRIB. «Ми впевнені, що зможемо підійти ще ближче до тих ядер, які важливі для астрофізики».

Гаде також є одним зі спікерів проекту, яким керував Олег Тарасов, старший фізик-дослідник FRIB.

Дослідницька група включала когорту з FRIB і MSU, а також співробітників з Інституту фундаментальної науки в Південній Кореї та RIKEN в Японії, акронім перекладається як Інститут фізико-хімічних досліджень.

«Це, мабуть, перший раз, коли ці ізотопи існували на поверхні Землі», — сказав Бредлі Шерілл, почесний професор університетського коледжу природничих наук МДУ та керівник відділу передового сепаратора рідкісних ізотопів у FRIB.

Щоб пояснити, що означає «просунутий» у цьому контексті, Шерріл сказав, що дослідникам потрібна лише пара окремих частинок нового ізотопу, щоб підтвердити його існування та ідентичність за допомогою найсучасніших інструментів FRIB.

Тепер дослідники знають, як виробляти ці нові ізотопи, і вони можуть почати виробляти їх у більших кількостях, щоб проводити експерименти, які ніколи раніше не були можливими. Дослідники також прагнуть йти шляхом, який вони проклали, щоб створити більше нових ізотопів, які ще більше схожі на те, що є в зірках.

«Мені подобається проводити аналогію з подорожжю. Ми з нетерпінням чекали можливості поїхати туди, де ніколи раніше не були, і це перший крок», – сказала Шерріл. «Ми вийшли з дому й починаємо досліджувати».

Майже зірка

Наше сонце – це космічна атомна фабрика. Він достатньо потужний, щоб взяти ядра двох атомів водню або ядер і злити їх в одне ядро ​​гелію. Водень і гелій є першими і найлегшими записами в періодичній системі елементів. Щоб дістатися до важчих елементів на столі, потрібне навіть більш інтенсивне середовище, ніж те, що можна знайти на сонці. Вчені припускають, що такі елементи, як золото, приблизно в 200 разів масивніші за водень, утворюються при злитті двох нейтронних зірок.

Нейтронні зірки — це залишки ядер зірок, що вибухнули, які спочатку були набагато більшими за наше Сонце, але не настільки більшими, щоб вони могли стати чорними дірами в своїх останніх діях. Незважаючи на те, що вони не є чорними дірами, нейтронні зірки все ж мають величезну масу в дуже скромних розмірах.

«Вони приблизно розміром з Лансінг із масою нашого Сонця», — сказала Шерріл. «Це непевно, але люди думають, що все золото на Землі було зроблено в результаті зіткнень нейтронних зірок».

Створюючи ізотопи, які присутні на місці зіткнення нейтронної зірки, вчені могли б краще дослідити та зрозуміти процеси, пов’язані з утворенням цих важких елементів. П’ять нових ізотопів не є частиною цього середовища, але вони є найближчими вченими до досягнення цієї особливої ​​території — і перспективи нарешті досягти її дуже хороші.

Щоб створити нові ізотопи, команда направила пучок іонів платини, спрямований у вуглецеву мішень. Струм пучка, поділений на стан заряду, становив 50 наноампер. Після проведення цих експериментів FRIB вже збільшив потужність свого променя до 350 наноампер і планує досягти 15 000 наноампер. Тим часом нові ізотопи самі по собі захоплюють, відкриваючи спільноті ядерних дослідників нові можливості зробити крок у невідоме.

«Це не дивно, що ці ізотопи існують, але тепер, коли вони у нас є, у нас є колеги, які будуть дуже зацікавлені в тому, що ми можемо виміряти далі», — сказав Гаде. «Я вже починаю думати про те, що ми можемо зробити далі з точки зору вимірювання їхнього періоду напіврозпаду, маси та інших властивостей».

Дослідження цих величин в ізотопах, які ніколи раніше не були доступні, допоможе отримати інформацію та вдосконалити наше розуміння фундаментальної ядерної науки.

«Є так багато чого ще, щоб навчитися», — сказала Шерілл. «І ми вже в дорозі».