Les modèles de production d’éléments lourds dans les étoiles sont devenus plus précis grâce aux mesures par les physiciens nucléaires du RIKEN des probabilités que 20 noyaux riches en neutrons libèrent des neutrons.
Les étoiles génèrent de l’énergie en fusionnant les noyaux d’éléments légers – d’abord des noyaux d’hydrogène, puis des noyaux progressivement plus lourds, à mesure que l’hydrogène et d’autres éléments plus légers sont consommés séquentiellement. Mais ce processus ne peut produire que les 26 premiers éléments jusqu’au fer.
On pense qu’un autre processus, connu sous le nom de capture rapide de neutrons, produit des noyaux plus lourds que le fer. Comme son nom l’indique, ce processus implique que les noyaux grossissent en captant rapidement les neutrons parasites. Il nécessite des densités de neutrons extrêmement élevées et on pense donc qu’il se produit principalement lors d’événements tels que les fusions d’étoiles à neutrons et les explosions de supernova.
Les éléments riches en neutrons produits par la capture rapide de neutrons peuvent perdre des neutrons par un autre processus connu sous le nom d’émission de neutrons à retardement bêta.
A terme, les astrophysiciens rêvent de développer des modèles capables de reproduire fidèlement les abondances naturelles des éléments de l’Univers. Pour atteindre cet objectif, ils doivent combiner des observations astrophysiques avec des mesures sur des noyaux en laboratoire.
Maintenant, Shunji Nishimura du RIKEN Nishina Center for Accelerator-Based Science et ses collègues ont mesuré les possibilités que 20 noyaux riches en neutrons émettent un ou deux neutrons.
À l’aide de l’usine de faisceaux d’isotopes radioactifs du RIKEN, l’une des rares installations au monde capables d’effectuer de telles mesures, l’équipe a accéléré de gros noyaux d’uranium à environ 70 % de la vitesse de la lumière et les a écrasés en béryllium, ce qui a produit des noyaux instables en une réaction de fission. Ils ont ensuite mesuré les probabilités d’émission de neutrons lors de la désintégration de ces noyaux instables.
Lorsque les résultats ont été mis dans des modèles qui prédisent les abondances des éléments, ils ont amélioré leur concordance avec les abondances observées dans le système solaire.
Ces mesures sont importantes pour resserrer les modèles théoriques de production d’éléments, supprimant près de 30 % de leur incertitude inhérente.
« Bien que nous ayons encore un long chemin à parcourir avant de pouvoir déterminer les abondances naturelles des éléments, nos mesures ont permis de se rapprocher de la structure fine dans la région des éléments proches de l’étain, qui est déterminée par la soi-disant congélation. temps de capture rapide des neutrons », explique Nishimura. « Nous sommes donc très proches d’avoir une bonne compréhension de cette partie de la carte des noyaux. »
La recherche est publiée dans la revue Lettres d’examen physique.
L’équipe a maintenant l’intention d’étudier l’impact d’environ 200 neutrons retardés sur la production d’éléments jusqu’au bismuth par capture rapide de neutrons.
Plus d’information:
VH Phong et al, β -Delayed One and Two Neutron Emission Probabilities Southeast of Sn132 and the Odd-Even Systematics in r -Process Nuclide Abundances, Lettres d’examen physique (2022). DOI : 10.1103/PhysRevLett.129.172701