スマートフォンの金から骨のカルシウムまで、すべてはもともと星で作られました。しかし、ある特定の元素、つまり花火を真っ赤に燃やし、蓄光塗料に使用されるストロンチウムのレベルについては長い間疑問があった。ミシガン州立大学の大学院生、ケイリー・M・ハリス率いる大規模な研究者グループによる、『Nature Communications Physics』誌に発表された新しい論文は、特定の初歩レベルがなぜ歪んでいたのかについての答えを見つけたと信じているが、そのためには非常に精緻な実験室でのテストが必要だった。
天体物理学者たちは何十年もの間、ヘリウムより重い元素を意味する「金属」と呼ばれるものを作成するには2つの方法があると信じていました。 1つは死にかけている星で起こる遅い「s過程」、もう1つは超新星などの爆発で起こる速い「r過程」です。
しかし、科学者たちが、宇宙誕生直後に形成された古い星、特に炭素強化金属プア（CEMP）星として知られる星を振り返り始めたところ、一部の重い元素の比率が既知のプロセスのいずれともうまく適合しないことが判明した。そこで彼らは、中間中性子捕獲プロセス、または「iプロセス」として知られる、その特定の星のグループの比率を説明するのにはるかに優れた仕事をする3番目のプロセスを考案しました。一つを除いて。
フレイザーとパメラが元素合成について話し合う AstronomyCast のエピソード。
ストロンチウムは、シミュレーションよりも実際の星の観測ではるかに頻繁に出現しました。そして同紙によると、特に原因が1つあったという。それは、天文学者がクリプトン88の中性子捕捉率を知らなかったことだ。
少し話が逸れたように思えるかもしれませんが、実際にはこの 2 つは直接つながっています。クリプトン 88 は、半減期が 2.8 時間の高放射性元素です。それが存在する間、それは 2 つの経路のうちの 1 つを取ることができます。中性子を吸収してクリプトン 89 になり、最終的にはイットリウム 89 のようなより重い元素に崩壊します。あるいは、中性子を吸収しなければ、ベータ崩壊してルビジウム 88 になり、その後急速に崩壊して – ご推察のとおり、ストロンチウム 88 になる可能性があります。
問題は、クリプトン88が中性子をどの程度効率的に吸収するのか科学者たちがまったく分かっていなかったことだ。彼らは単にモデルを推測していましたが、観察された証拠を考えると、彼らのモデルは間違っていたようです。これにより、さらに別の問題が生じました。半減期が数時間しかない元素の中性子吸収率を実際にどのように測定するのでしょうか?
フレイザー氏は、星がどのように形成されるのか、そしてこの形成プロセスが元素の生成にとって何を意味するのかについて語ります。
少なくとも理論上は、クリプトン 88 を大量に集めて中性子を照射して何が起こるかを確認することができます。しかし研究者たちは、値を見つけるためのもっと洗練された方法を考え出しました。彼らはアルゴンヌ国立研究所のカリフォルニウム希少同位体増殖強化施設に行き、中性子線をクリプトン 88 に発射する代わりに臭素 89 に発射しました。臭素 89 の半減期は、おそらく想像できなかったでしょうが 4.357 秒です。
その秘訣は、臭素 89 がクリプトン 89 に崩壊することであり、その原子核を研究することで、そのわずかに軽い兄弟同位体の能力についての洞察が得られるということです。彼らは、サミング NaI (SuN) 検出器と呼ばれる高度に特殊化された機器でサンプルをテストしました。この検出器は、新しく形成されたクリプトン 89 が冷却されるにつれてガンマ線を追跡し、そこから 2 つの非常に具体的な値、つまり核準位密度とガンマ線出力関数を抽出しました。これらの数値を利用して、研究者らはクリプトン 88 の中性子捕捉率を数学的に直接リバースエンジニアリングすることができました。
新たに発見された実験値を、CEMP 星の同位体比の計算に使用されるモデルに当てはめると、ストロンチウムの量が大幅に多くなり、ほぼ完璧に並びました。実際、イットリウム (この元素合成鎖のもう 1 つの長寿命生成物) との比率は、ほぼ完全に一致しました。
つまり、同位体のビームと地球上の派手な検出器によって、何十年も天文学者を悩ませてきた謎が解決されたのです。この種のコラボレーションは毎日行われるわけではありませんが、実際に行われ、今回のようにうまく機能したときは、非常に喜ばしいことです。そしてその場合、研究チームは赤い花火で祝うこともできるかもしれない。
もっと詳しく知る：
アルゴンヌ国立研究所 – ストロンチウムの宇宙レシピを解明する
CM Harris et al – ストロンチウム元素合成に対する中性子捕獲反応の影響
UT – 天文学者はキロノバの残骸からストロンチウムを発見、中性子星の衝突が宇宙で重元素を生成することを証明
UT – 天の川の周囲で発見された宇宙最古の星のうちの 3 つ
