Neue Forschungen stellen den wissenschaftlichen Status quo in Bezug auf die Grenzen der Kernkarte in heißen Sternumgebungen in Frage, in denen Temperaturen Milliarden von Grad Celsius erreichen.
Die Kernkarte ist eine Möglichkeit, verschiedene Arten von Atomkernen anhand ihrer Anzahl an Protonen und Neutronen abzubilden. Die „Tropflinien“ können als Grenzen oder Kanten dieser Karte betrachtet werden. Forscher der University of Surrey und der Universität Zagreb haben herausgefunden, dass sich diese Tropflinien, die die maximale Anzahl von Protonen und Neutronen innerhalb eines Kerns definieren, dynamisch mit der Temperatur ändern.
Die Ergebnisse stellen die Ansicht in Frage, dass Tropflinien und die Anzahl der gebundenen Keime nicht temperaturempfindlich sind.
Dr. Esra Yuksel, Co-Autorin der Studie von der University of Surrey, argumentiert, dass die Physik-Community die Grenzen der Atomkarte verstehen muss. Sie sagte: „Angesichts der Tatsache, dass Kerne, die an den meisten Prozessen im Universum beteiligt sind, heiß sind, ist es von entscheidender Bedeutung zu verstehen, wie viele Protonen und Neutronen sich in extremen Umgebungen verbinden.“
„Wir wollen herausfinden, welche Kerne zu Kernreaktionen und -prozessen beitragen können, insbesondere in extrem heißen Sternumgebungen wie Supernovae und Neutronensternverschmelzungen. In diesen extrem heißen Umgebungen werden die meisten chemischen Elemente produziert, die schwerer als Eisen sind. Bis zu unserer Studie Wir wussten nicht viel über diese „Tropflinien“ (Grenzwerte) bei Temperaturen in Milliarden Grad Celsius.“
Die Studie, veröffentlicht in Naturkommunikation, fanden heraus, dass steigende Temperaturen die Grenzen der Atomkarte erheblich verändern. Die Entdeckung zeigt, dass in den Tropflinien für heiße Kerne mehr Kerne vorhanden sind als für kalte Kerne.
Die Forscher aus Surrey und Zagreb nutzten theoretische Berechnungen, um nukleare Eigenschaften und Tropflinien bei Temperaturen von bis zu 20 Milliarden Grad Celsius vorherzusagen. Sie fanden heraus, dass sich bei Temperaturen bis zu 10 Milliarden Grad Celsius die Tropflinien und die Anzahl der gebundenen Kerne bereits zu verändern beginnen. Bei höheren Temperaturen verschwinden die Schaleneffekte und diese Veränderungen werden deutlicher sichtbar.
Dr. Yuksel sagt: „Unsere Arbeit zeigt, dass die nuklearen Tropflinien als sich entwickelnde Grenzen betrachtet werden sollten, die sich dynamisch mit der Temperatur ändern. Vor dieser Forschung waren nukleare Tropflinien bei endlichen Temperaturen unbekannt, und das Wissen über Kerne in heißen Sternumgebungen war seitdem begrenzt.“ Die meisten theoretischen und experimentellen Studien beschränken sich nur auf Nulltemperaturen.
„Diese neuen Erkenntnisse helfen uns zu verstehen, wie die Temperatur die Stabilität und Struktur von Atomkernen verändert. Dieses Wissen ist nicht nur für die Kernphysik wichtig, sondern auch für das Verständnis der Modellierung extremer astrophysikalischer Ereignisse wie Neutronensternverschmelzungen und Kernkollaps-Supernovae.“ “
Mehr Informationen:
Ante Ravlić et al., Erweiterung der Grenzen der Kernstabilität bei endlicher Temperatur, Naturkommunikation (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-40613-2