Учёные нашли объяснение тому, почему в древних звёздах стронций встречается чаще, чем предсказывали расчёты. Результаты работы группы исследователей под руководством аспиранта Университета штата Мичиган Кейли М. Харрис опубликованы в журнале Nature Communications Physics. Для решения задачи специалисты провели сложный эксперимент с радиоактивными изотопами.
Стронций образуется в звёздах, как и другие элементы тяжелее гелия, включая золото и кальций. Он придаёт фейерверкам ярко-красный цвет и используется в светящихся в темноте красках. Долгое время астрофизики связывали появление таких элементов с двумя процессами: медленным захватом нейтронов, или s-процессом, в умирающих звёздах, и быстрым r-процессом, происходящим, например, при взрывах сверхновых.
Наблюдения за древними углеродсодержащими звёздами с низкой металличностью, сформировавшимися вскоре после рождения Вселенной, показали несоответствие этим моделям. Для объяснения необычных соотношений элементов учёные предложили промежуточный процесс захвата нейтронов — i-процесс. Однако он также не мог объяснить избыток стронция: в реальных звёздах этого элемента оказывалось заметно больше, чем в расчётах.
Исследователи предположили, что причина связана с криптоном-88. Этот радиоактивный изотоп живёт около 2,8 часа и может либо захватить нейтрон, превратившись в криптон-89, который затем распадается с образованием более тяжёлого иттрия-89, либо пройти бета-распад в рубидий-88. Последний быстро превращается в стронций-88, поэтому неизвестная эффективность захвата нейтронов криптоном-88 напрямую влияла на прогнозируемое количество стронция.
Измерить этот показатель непосредственно было трудно из-за короткого периода полураспада изотопа. Поэтому в установке Californium Rare Isotope Breeder Upgrade Аргоннской национальной лаборатории учёные использовали не криптон-88, а бром-89, период полураспада которого составляет 4,357 секунды. Бром-89 распадается в криптон-89, а полученное ядро исследовали с помощью специализированного детектора Summing NaI (SuN), регистрировавшего гамма-излучение при его охлаждении.
По ядерной плотности уровней и функции силы гамма-излучения специалисты математически восстановили скорость захвата нейтронов криптоном-88. После внесения экспериментального значения в модели древних углеродсодержащих звёзд расчёты показали значительно большее содержание стронция. Соотношение стронция с иттрием, который также образуется в этой цепочке нуклеосинтеза, почти полностью совпало с наблюдениями, сообщается на сайте Universe Today.