I ricercatori dell'Istituto di fisica moderna (IMP) dell'Accademia cinese delle scienze e i loro collaboratori hanno recentemente compiuto grandi progressi nello studio del tasso di decadimento beta delle stelle ⁵⁹ Fe, che costituisce un passo importante verso la comprensione ⁶⁰ Nucleosintesi del Fe in stelle massicce. I risultati sono stati pubblicati in Lettere di revisione fisica il 12 aprile.

Nuclide radioattivo ⁶⁰ Il Fe svolge un ruolo essenziale negli studi di astrofisica nucleare. È sintetizzato in stelle massicce da successive catture di neutroni su un nucleo stabile di ⁵⁸ Fe e, durante le ultime fasi dell'evoluzione stellare, espulso nello spazio tramite una supernova a collasso del nucleo.

Le caratteristiche linee gamma associate al decadimento di ⁶⁰ Il Fe è stato rilevato dai rivelatori di raggi gamma spaziali. Confrontando il ⁶⁰ Fe flusso di raggi gamma a quello da ²⁶ Al, che condivide un'origine simile come ⁶⁰ Fe, i ricercatori dovrebbero essere in grado di ottenere importanti informazioni sulla nucleosintesi e sui modelli stellari. Però, il rapporto di flusso di raggi gamma osservato ²⁶ Al/ ⁶⁰ Il Fe non corrisponde alle previsioni teoriche a causa delle incertezze sia nei modelli stellari che negli input di dati nucleari.

Il tasso di decadimento beta stellare di ⁵⁹ Il Fe è tra le maggiori incertezze negli input di dati nucleari. Durante la nucleosintesi di ⁶⁰ Fe in stelle massicce, ⁵⁹ Fe può catturare un neutrone per produrre ⁶⁰ Fe o decadimento beta a ⁵⁹ Co. Pertanto, il tasso di decadimento beta stellare di ⁵⁹ Fe è fondamentale per la resa di ⁶⁰ Fe.

Sebbene il tasso di decadimento di ⁵⁹ Fe è stato accuratamente misurato nei laboratori, il suo tasso di decadimento può essere significativamente aumentato negli ambienti stellari a causa dei contributi dei suoi stati eccitati. Però, la misurazione diretta del tasso di decadimento beta da stati eccitati è molto impegnativa poiché si deve creare un ambiente ad alta temperatura come nelle stelle per mantenere il ⁵⁹ Nuclei di Fe nei loro stati eccitati.

Per affrontare questo problema, i ricercatori dell'Imp hanno proposto un nuovo metodo per misurare il tasso di decadimento beta stellare di ⁵⁹ Fe. "La reazione di scambio di carica nucleare è un'alternativa di misurazione indiretta, che fornisce informazioni chiave sulla struttura nucleare che possono determinare quei tassi di decadimento", ha affermato Gao Bingshui, un ricercatore dell'Imp.

I ricercatori hanno condotto il loro esperimento presso il Coupled Cyclotron Facility della Michigan State University. Nell'esperimento, un fascio di tritoni secondario prodotto dai ciclotroni è stato utilizzato per bombardare a ⁵⁹ Co-obiettivo. Quindi i prodotti di reazione, ³ He particelle e raggi gamma, sono stati rilevati dallo spettrometro S800 e dall'array di rilevamento dei raggi gamma GRETINA. Utilizzando queste informazioni, i tassi di decadimento beta da ⁵⁹ Sono stati determinati gli stati eccitati del Fe. Questa misurazione ha così eliminato una delle maggiori incertezze nucleari nella previsione della resa di ⁶⁰ Fe.

Confrontando i calcoli del modello stellare utilizzando i nuovi dati sul tasso di decadimento con i calcoli precedenti, i ricercatori hanno scoperto che, per una stella di 18 masse solari, il rendimento di ⁶⁰ Fe è del 40% in meno quando si utilizzano i nuovi dati. Il risultato indica una tensione ridotta nella discrepanza in ²⁶ Al/ ⁶⁰ Rapporti Fe tra previsioni teoriche e osservazioni.

"È un passo importante verso la comprensione ⁶⁰ nucleosintesi del Fe in stelle massicce e fornirà una base più solida per future simulazioni astrofisiche, " disse Li Kuoang, il collaboratore di Gao.