Újabb lépés a kémiai elemek eredetének megértése felé
A vörös óriásokban keletkezett oxigén igen ritka, 17-es izotópjának a korábban becsültnél jóval nagyobb mennyisége alakul át más izotóppá egy eddig kevéssé ismert atommag-reakcióban. Az eredmény átírhatja a kémiai elemek eredetének és a csillagok működésének eddig ismert modelljeit. A kísérletek a LUNA nemzetközi együttműködés keretében, az MTA Atomki kutatóinak részvételével zajlottak az olaszországi Gran Sasso Nemzeti Laboratóriumban.
A Földünkön is megtalálható oxigén 99,76%-ban a 16-os tömegszámú izotópból áll, a fennmaradó 0,24%-ot az oxigén 17-es és 18-as izotópjai teszik ki, melyek a dominánsan előforduló oxigénben található 8 neutron helyett 9, illetve 10 neutront tartalmaznak. E ritka izotópok előfordulási aránya értékes információkat hordoz származásukról, vizsgálatuk révén jobban megérthetjük a világegyetem és a kémiai elemek keletkezésének történetét.
Kísérletek másfél kilométeres sziklaréteg védelmében
Az izotóparányok azonban csak akkor hordoznak hasznos információt, ha tudjuk, hogy hol és milyen mechanizmusok révén keletkezhetnek. E folyamatok túlnyomó többségükben csillagok belsejében zajlanak, méghozzá gyakran meglepően alacsony energián – olyannyira, hogy a kozmikus háttérsugárzás zavaró hatása lehetetlenné tenné mérésüket. Ezt a problémát küszöbölik ki a LUNA (Laboratory for Underground Nuclear Astrophysics) föld alatt végzett kísérletei, ahol egy nagyjából másfél kilométer vastag sziklaréteg gondoskodik a tökéletes kozmikus sugárvédelemről. A világon ez az egyetlen olyan berendezés, ahol a föld alatti elhelyezkedés eredményeként a kozmikus háttérsugárzás olyan alacsony, hogy máshol nem vizsgálható folyamatok is kutathatóvá válnak.
A LUNA gyorsító protonok vagy alfa-részecskék nyalábját állítja elő, és ütközteti egy megfelelően kiválasztott izotóp atommagjaival. Különleges detektálási technikát alkalmaznak az igen kis valószínűséggel lejátszódó magreakciók megfigyelésére.
Kozmikus régmúltról mesél a vörös óriás
A csillagokban lezajló atommagfizikai reakciók nemcsak új izotópokat hoznak létre, hanem a keletkezett izotópokat tovább is alakíthatják. Ezért az izotópokat létrehozó és azokat lebontó folyamatok egyaránt fontosak a kutatók számára. Egy ilyen, a vörös óriásokban az oxigén 17-es izotópját lebontó atommag-reakció jellemzőit sikerült laboratóriumi körülmények között nagy pontossággal meghatároznia a LUNA nemzetközi együttműködésnek. A cikk a Physical Review Letters legfrissebb számában jelent meg.
Eredményük szerint a korábban keletkezett oxigén-17 az eddigi becsléseknél jóval nagyobb arányban alakul át más izotóppá a vörös óriások hőmérsékletén. A kísérleti eredmény hatását az asztrofizikai modellekre jelenleg még vizsgálják. „Ez az eredmény egy újabb mérföldkő a LUNA együttműködés tudományos munkásságában, a kémiai elemek eredetének megértésében” – nyilatkozta Paolo Prati, az együttműködés szóvivője.
Magyarok a LUNA együttműködésben
A LUNA nemzetközi együttműködés jelenleg mintegy ötven fizikusból áll, akik olasz, magyar, német és skót intézetekből kerülnek ki (INFN, Olaszország; Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, Németország; School of Physics and Astronomy of the University of Edinburgh, Egyesült Királyság). A Magyar Tudományos Akadémia Atommagkutató Intézetének (Debrecen) fizikusai 2000 óta vesznek részt a kollaboráció munkájában.
A címlapkép egy ismert vörös óriás, a Betelgeuse fantáziaképe. Forrás: ESO/L. Calçada