Radioktyvios atliekos padeda išvysti supernovų branduolius

Žvaigždžių branduoliuose jungiamas vandenilis virsta heliu ir išlaisvina energiją. Išsekus vandenilio atsargoms, labai masyvios žvaigždės ima sintezuoti sunkesnius elementus. Galiausiai žvaigždės branduolys tampa toks masyvus, sukrenta pats į save, sukeldamas galingą, žvaigždę sudraskantį sprogimą ir išsvaidydamas medžiagą po kosmosą. Šis procesas praturtina visatą sunkiaisiais elementais, svarbiais gyvybei.

„Branduolio kolapso supernovos išties yra elementų fabrikai ir sukuria daugelį elementų, kurios kasdieniniame gyvenime laikome savaime suprantamais dalykais,“ sako Danas Bardayanas iš Notre Dame'o universiteto Indianoje.

Iš pradžių sprogimas suplėšo atomus, sukurdamas karštą fundamentaliųjų dalelių mišinį. Tada šios dalelės persitvarko, sudarydamos įvairius elementus, tarp kurių ir radioaktyviosios elementų versijos, suskylančios į stabilesnes medžiagas. Tiriant, kas randasi iš supernovų ir kokiu tempu įvairūs elementai skyla ar pakeičiami, gali padėti suprasti žvaigždės sprogimo fiziką.

Viena iš geriausių užuominų yra titanas-44, natūraliai atsirandantis tik supernovose. Stebint kosminais zondais, titanas-44 supernovų liekanose palieka labai aiškų signalą – bet yra ir kabliukas. Visi atlikti stebėjimai rodo daug daugiau titano-44, nei numato geriausi mūsų modeliai. Tai gali būti dėl blogai suprantamų supernovos liekanose vykstančių reakcijų.

Norėdamas išspręsti šią mįslę, Alexanderas Murphy'is su kolegomis iš Edinburgho universiteto, JK pažvelgė į naują titano šaltinį: iš dalelių greitintuvų pašalintas apšvitintas dalis. Metalo lauže iš Paulo Scherrerio instituto Villigene, Šveicarijoje, titano-44 pakako, kad komanda galėtų atlikti eksperimentą.

„Esame vienintelė grupė pasaulyje, galinti suteikti tinkamos cheminės formos reikiamą medžiagos kiekį,“ sako Maria Dorothea Schumann iš Paulo Scherrerio instituto. „Greitintuvo komponentai yra naujas ir unikalus tokios vertingos medžiagos šaltinis.“

Murphy'io komanda panaudojo metalo laužą titano-44 spindulio kūrimui CERN greitintuve Šveicarijoje, ir nukreipė jį į helio pripildytą dujų kamerą. Eksperimentu atkurta supernovos sprogimo energija, siekiant išsiaiškinti, kaip sparčiai titanas-44 suyra nuo susidūrimo su heliu – toks procesas vyksta supernovų liekanose.

„Pasirodė, kad reakcijos sparta daugiau nei dvigubai mažesnė, nei manyta anksčiau,“ pažymi Murphy'is. Modeliai numato bent 30% mažiau titano-44, nei iš tiesų susidaro supernovose, bet atradimas padidina likusį kiekį (Physics Letters B, doi.org/r5c).

„Taip stebėjimai ir modeliai sutampa daug tiksliau,“ sako Murphy'is.

Katia Moskvitch
New Scientist № 2963