Pierwiastki występują w różnych odmianach. Dany pierwiastek ma określoną liczbę protonów w jądrze, ale może mieć różną liczbę neutronów. Takie odmiany pierwiastków nazywa się izotopami. Wiele izotopów bywa niestabilnych, nie o wszystkich fizycy mają dokładne dane pomiarowe.

W nowych badaniach zajęto się niestabilnymi izotopami fosforu-26 i siarki-27. Dlaczego nimi? Bowiem odgrywają rolę w termojądrowych wybuchach obserwowanych w kosmosie, a zachodzących w rentgenowskich układach podwójnych zawierających gwiazdę neutronową i towarzyszącą jej inną gwiazdę.

Energia wybuchów w takich układach pochodzi z niestabilnego termojądrowego spalania wodoru i helu na powierzchni gwiazdy neutronowej. Zachodzą reakcje tzw. szybkiego wychwytu protonów, co jest określane nazwą „proces rp”. Jądro atomowe gwałtownie wychwytuje protony, tworząc cięższe pierwiastki. Prędkość tej reakcji i ścieżka, którą podąża, jest mocno zależna od mas odpowiednich jąder atomowych. W procesie rp występuje wiele krótko żyjących jąder, których masy nie są dobrze znane. Dokładne obliczenia dla tych reakcji są więc trudne.

Od dawna naukowcy zastanawiali się, czy w procesie rp jedna z możliwych ścieżek obejmuje forsfor-26 i siarkę-27. Aby uzyskać dokładne dane na temat masy jąder tych niestabilnych izotopów, badacze wykonali bezpośrednich pomiarów przy pomocy urządzenia o nazwie Heavy Ion Research Facility in Lanzhou (HIRFL-CSR), czyli największego w Chinach synchrotronu przeznaczonego do badań ciężkich jonów. Synchrotron ten posiada kilka elementów, w tym przypadku użyto pierścienia chłodzącego (Cooling Storage Ring, CSR), wybudowanego w 2008 roku. Urządzenie akumuluje, schładza i przyspiesza ciężkie jony.

Wyniki pomiarów pokazały, że energia oddzielenia protonu (usunięcia protonu z jądra) dla siarki-27 jest o 129-268 keV wyższa niż dotąd sądzono. Po uwzględnieniu tego w analizach, oznacza to, że tempo reakcji wychwycenia protonu przez fosfor-26, aby utworzyć siarkę-27, jest zdecydowanie szybsze niż myślano. Niepewność pomiarowa dla odwrotnej reakcji (utraty protonu przez siarkę-27, aby powstał fosfor-26) uległa znacznemu zmniejszeniu. Ostatecznie okazuje się, że obfitość siarki-27 w stosunku do fosforu-26 jest większa, czyli reakcja przebiega wydajniej w stronę siarki-27. Teraz pora na badaczy zajmujących się kosmicznymi eksplozjami na uwzględnienie tych nowych danych w swoich modelach.

Wyniki badań zaprezentowano w czasopiśmie naukowym „The Astrophysical Journal”. Pierwszym autorem pracy jest Z.Y. Chen z Instytutu Fizyki Współczesnej Chińskiej Akademii Nauk oraz z Uniwersytetu Chińskiej Akademii Nauk. (PAP)

cza/ agt/