L’enquête sur l’origine des éléments dans l’univers donne de nouvelles perspectives

Une réaction clé dans le processus lent de capture de neutrons qui forme des éléments se produit moins fréquemment qu’on ne le pensait auparavant.

La science

Le processus lent de capture de neutrons (le processus s) est l’un des processus de nucléosynthèse qui se produit dans les étoiles. Il en résulte qu’environ la moitié des éléments sont plus lourds que le fer dans l’univers. Deux réactions importantes impliquées dans le processus s sont le Néon-22 (alpha, gamma) et le Néon-22 (alpha, neutron). Dans ces réactions, le Neon-22 riche en neutrons capture les particules alpha. La capture produit du magnésium-26 dans un état excité, ce qui signifie qu’il a reçu de l’énergie supplémentaire. Il libère alors de l’énergie en émettant soit un rayon gamma, conduisant au Magnésium-26 à l’état normal, soit un neutron, conduisant au Magnésium-25. Les taux des réactions Neon-22 (alpha, gamma) et Neon-22 (alpha, neutrons) ont des effets significatifs sur le processus s. Cela affecte les abondances d’éléments tels que le sélénium, le krypton, le rubidium, le strontium et le zirconium.

Un isotope de Néon (22Ne) capture une particule alpha (α) pour créer du Magnésium-26 (26Mg) dans un état excité. Le Magnésium-26 excité libère alors de l’énergie en émettant un rayon gamma (γ), conduisant au Magnésium-26 ou un neutron, conduisant au Magnésium-25. Crédit : Image reproduite avec l’aimable autorisation de Dustin Scriven, Texas A&M University

L’impact

Les scientifiques tentent de répondre à la question, quelle est l’origine des éléments dans l’univers ? La réponse est extrêmement complexe. Cela nécessite un effort de collaboration de la part des chercheurs dans de nombreux domaines et une énorme quantité de données expérimentales. Une partie de la réponse à cette question consiste à comprendre les processus spécifiques qui créent des éléments plus lourds que le fer. Certains de ces éléments se forment à travers des réactions nucléaires particulières à l’intérieur des étoiles qui impliquent des captures de neutrons (le processus s). Les neutrons sont instables et doivent être produits en continu pour alimenter ce processus. La détermination des intensités des réactions des sources de neutrons est importante pour comprendre ce scénario de nucléosynthèse.

Sommaire

Deux réactions ont une forte influence sur le flux de neutrons au cours du processus s, 22Ne(α, γ)26Mg et 22Ne(α, n)25Mg. Les probabilités que ces réactions se produisent sont difficiles à mesurer directement car ces probabilités (appelées sections efficaces de réaction) sont extrêmement faibles aux énergies pertinentes pour la nucléosynthèse stellaire. Une équipe de physiciens nucléaires a utilisé deux méthodes indirectes pour déterminer les probabilités des deux réactions. Les deux méthodes ont utilisé un faisceau de 22 néons produit au Texas A&M University Cyclotron Institute. Dans une étude, l’équipe a mesuré la probabilité que les états excités les plus pertinents du magnésium 26 se désintègrent par des particules alpha. L’autre expérience impliquait des mesures directes des rapports de branchement neutrons/gamma pour les mêmes états excités. La combinaison de ces études a conduit les chercheurs à une conclusion cohérente : que la probabilité réelle de survenue de la réaction 22Ne(α, n)25Mg est inférieure d’un facteur de trois à la probabilité largement acceptée. Cette découverte modifie considérablement les abondances finales du processus s de certains éléments, tels que le sélénium, le krypton, le rubidium, le strontium et le zirconium.

Les références

Jayatissa, H., et al. Contraindre le ²²Ne(une,c)²⁶mg et ²²Ne(une,n)²⁵Taux de réaction du Mg en utilisant le sous-Coulomb une-réactions de transfert. Physique Lettres B 802, 135267 (2020). [DOI: 10.1016/j.physletb.2020.135267]

Ota, S. et al. Propriétés de pourriture de ²²Ne + une résonances et leur impact sur la nucléosynthèse du processus s. Physique Lettres B 802, 135256 (2020). [DOI: 10.1016/j.physletb.2020.135256]

Le financement

Cette recherche a été financée par le ministère de l’Énergie (DOE) Office of Science, Office of Nuclear Physics; par l’Administration nationale de la sécurité nucléaire par l’intermédiaire du Centre d’excellence en formation nucléaire et en recherche universitaire (CENTAUR) ; et le Nuclear Solutions Institute de la Texas A&M University. Deux des auteurs ont également été soutenus par la Welch Foundation. Trois des auteurs ont également été soutenus par le UK Science and Technology Facilities Council.