«Апостериори»: Новый эксперимент помог уточнить, как во Вселенной образуются тяжёлые элементы

Новости науки и технологий

Поддержите «Эхо», если вы не в России

Тяжёлые элементы, такие как золото и платина, формируются в экстремальных астрофизических событиях – например, при взрывах сверхновых или столкновениях нейтронных звёзд. В этих условиях запускается так называемый r-процесс – быстрый захват нейтронов. В ходе этого процесса атомные ядра последовательно захватывают нейтроны, становясь всё более тяжёлыми и нестабильными, а затем распадаются, формируя новые элементы. Однако отдельные этапы этого процесса до сих пор оставались недостаточно изученными – в том числе из-за того, что участвующие в нём ядра крайне нестабильны и существуют очень короткое время.

В новом исследовании, опубликованном в журнале Physical Review Letters, группа учёных представила результаты эксперимента, позволяющего уточнить один из таких этапов. Авторы работы изучали редкий изотоп – индий-134. При его распаде образуются возбуждённые состояния изотопов олова, которые затем могут испускать один или два нейтрона. Особый интерес представляет так называемое бета-задержанное испускание двух нейтронов – редкий процесс, который ранее практически не удавалось исследовать напрямую. В новой работе учёным впервые удалось провести детальное спектроскопическое измерение двухнейтронного распада в таком процессе. По словам авторов, это позволяет существенно уточнить параметры моделей, описывающих r-процесс, и, соответственно, формирование тяжёлых элементов в астрофизических условиях.

Второй результат связан со структурой ядра олова-133. Ранее предполагалось, что после распада ядро «теряет память» о своём происхождении – и его дальнейшее поведение определяется только текущим состоянием. Однако в новом эксперименте исследователи обнаружили признаки того, что это не совсем так. По их интерпретации, особенности распада сохраняют влияние структуры, сформированной на предыдущем этапе – то есть путь, по которому ядро было сформировано, может влиять на его дальнейшую эволюцию. В частности, исследователи обнаружили подавление некоторых каналов распада по сравнению с предсказаниями моделей, что может указывать на более существенное влияние внутренней структуры ядра, чем предполагалось ранее.

Третье наблюдение касается статистики распада. Ранее предполагалось, что различные состояния ядра заселяются статистически – то есть вероятность их реализации определяется в основном распределением энергии. Однако в данном случае исследователи обнаружили, что наблюдаемое поведение плохо согласуется с существующими статистическими моделями.

Полученные результаты важны прежде всего для астрофизики. Модели r-процесса используются, в частности, для описания синтеза элементов при слияниях нейтронных звёзд – событиях, которые, по современным представлениям, играют ключевую роль в образовании тяжёлых элементов во Вселенной. При этом авторы работы отмечают, что речь пока идёт о лабораторных измерениях, и их необходимо учитывать в более широком контексте астрофизических условий. Тем не менее, по их оценке, полученные данные открывают возможность более детального описания процессов, происходящих в экстремальных космических средах.