L’illustration montre un noyau d’aluminium-26 (vert) échappant à une explosion de supernova. Il se désintégrera par la suite via l’émission de rayons gamma qui peut être observée par des satellites. Crédit : Erin O’Donnell, FRIB
Des scientifiques de l’Université de Surrey et du laboratoire FRIB de MSU se sont associés pour explorer l’origine de l’aluminium-26, un isotope rare qui offre une fenêtre sur les étoiles mourantes. Leurs résultats, « Exploiting Isospin Symmetry to Study the Role of Isomers in Stellar Environments », ont été publiés dans Lettres d’examen physique.
L’aluminium-26 fournit un aperçu rare des processus dans les étoiles. Il se désintègre en magnésium-26, qui émet un rayon gamma caractéristique observable avec des satellites. Le magnésium-26 est détectable dans les grains présolaires de matière provenant d’étoiles qui existaient avant le soleil. La composition de ces grains porte les empreintes digitales de leurs étoiles mères. Le taux de destruction de l’aluminium-26 par capture d’un proton est essentiel pour interpréter la quantité de magnésium-26 observée dans l’univers. Ces recherches ont montré que la destruction de l’aluminium-26 par capture de protons à l’état de longue durée est huit fois moins fréquente qu’estimée précédemment.
Gavin Lotay, maître de conférences et directeur de l’apprentissage et de l’enseignement à l’Université de Surrey, était le porte-parole du projet. Alexandra Gade, professeur de physique à la FRIB et au département de physique et d’astronomie de la MSU et directrice scientifique adjointe de la FRIB, a dirigé une partie de la collaboration MSU.
L’aluminium-26 a un état quantique de longue durée qui est difficile à étudier de manière contrôlée en laboratoire. L’équipe a utilisé une réaction de transfert qui a ajouté un neutron à l’isotope radioactif silicium-26 pour étudier les états quantiques excités dans le silicium-27. Ce sont les mêmes états qui sont peuplés dans la capture de protons sur l’état quantique à longue durée de vie de l’aluminium-26. Cela a été possible parce que les protons et les neutrons sont soumis à une symétrie qui rend l’ajout d’un proton à l’état de longue durée de vie dans l’aluminium-26 équivalent à l’ajout d’un neutron à l’état fondamental du silicium-26. La mesure a utilisé le Gamma-Ray Energy Tracking In-beam Nuclear Array (GRETINA), une ressource nationale, et le spectrographe S800 du laboratoire.
Cette recherche découle d’une collaboration de longue date entre le laboratoire FRIB et l’Université de Surrey, où des réactions nucléaires directes sont utilisées pour peupler des états quantiques dont les énergies et les propriétés exactes sont pertinentes pour les réactions qui se produisent dans les étoiles. L’essentiel de la collaboration a été l’utilisation d’une spectroscopie gamma très sensible pour marquer et caractériser les états quantiques excités d’intérêt. Lotay attend avec impatience le début de la science au FRIB pour approfondir ses recherches. Il a soumis trois propositions de temps de faisceau à la FRIB qui seront examinées par le premier comité consultatif du programme FRIB plus tard cet été.
“Nous avons maintenant atteint une période vraiment passionnante en science, où nous sommes en mesure de sonder directement les processus qui se produisent dans les étoiles qui explosent”, a déclaré Lotay. « Ces objets célestes sont responsables de la riche variété d’éléments chimiques que nous trouvons tout autour de nous et, en couplant la spectroscopie de rayons gamma avec des techniques de réaction directe, la collaboration a réussi à obtenir des informations clés nécessaires pour comprendre leurs propriétés. La collaboration est désormais prête à étendre considérablement la portée de son programme d’astrophysique nucléaire et à capitaliser sur la vaste gamme d’opportunités disponibles dans l’installation FRIB qui ouvrira bientôt ses portes. »
Référence : « Exploiting Isospin Symmetry to Study the Role of Isomers in Stellar Environments » par S. Hallam, G. Lotay, A. Gade, DT Doherty, J. Belarge, PC Bender, BA Brown, J. Browne, WN Catford, B Elman, A. Estradé, MR Hall, B. Longfellow, E. Lunderberg, F. Montes, M. Moukaddam, P. O’Malley, W.-J. Ong, H. Schatz, D. Seweryniak, K. Schmidt, N. K. Timofeyuk, D. Weisshaar et R. G. T. Zegers, 29 janvier 2021, Lettres d’examen physique.
DOI : 10.1103/PhysRevLett.126.042701
Cette recherche a été financée par l’Office of Science Office of Nuclear Physics du département américain de l’Énergie (DOE); la Fondation nationale des sciences ; et la National Nuclear Security Administration du DOE par l’intermédiaire du Nuclear Science and Security Consortium et du Science and Technologies Facilities Council du Royaume-Uni.
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