Logo
Cover

С помощью ускорителей частиц нового поколения и запущенной в обратную сторону реакции американские физики смогут подсчитать, сколько кислорода выбрасывают в космос массивные звезды.

Почти весь кислород во Вселенной создается в недрах массивных звезд вроде нашего Солнца в процессе термоядерной реакции. Темпы этой реакции до сих пор было крайне сложно рассчитать. Но если ученые смогут установить так называемую скорость реакции радиационного захвата, они найдут ответы на фундаментальные вопросы, например, каково соотношение углерода к кислороду во Вселенной. А точное значение позволит определить, превратится ли бывшая звезда в черную дыру или в нейтронную звезду.

Скорость реакции радиационного захвата — это реакция между ядром углерода-12 и ядром гелия, также известного как альфа-частица. Реакция проходит внутри звезд. Когда эти ядра сталкиваются, ядро углерода захватывает альфа-частицу, возбуждается и выделяет энергию в форме протона. Остается кислород-16, который постепенно разрушается до стабильной формы кислорода, пишет MIT News.

Но шансы на то, что эта реакция произойдет в звезде естественным путем, очень малы, так как и альфа-частица, и углерод-12 положительно заряжены. При сближении они начнут отталкивать друг друга в соответствии с законом Кулона. Для того, чтобы произошла термоядерная реакция, ядра должны столкнуться с энергией, превосходящей кулоновскую силу, а это бывает редко. Заметить такую низкую скорость реакции было бы невозможно, учитывая энергетические уровни внутри звезд.

На протяжении последних пятидесяти лет ученые пытались смоделировать реакцию радиационного захвата в маленьком, но мощном ускорителе частиц. Им это удалось, но с затратами куда большего количества энергии, чем в звезде, так что эти данные трудно экстраполировать на то, что в действительности происходит во Вселенной

Ученые из MIT решили создать противоположность этой реакции. Они пошли от кислорода и разделили его ядро на составные части: альфа-частицу и углерод-12.

По их предположению, вероятность того, что эта реакция пройдет в обратном направлении, должна быть больше, и поэтому ее проще измерить. Кроме того, она возможна при энергиях, близких к диапазону энергий у настоящих звезд.

Для проведения эксперимента исследователям нужен высокоинтенсивный луч со сверхвысокой концентрацией электронов, например такие, какие имеются в ускорителях частиц, которые строят в Германии и в США. Возможности этих новых машин с током в десятки миллиампер снова пробудили интерес ученых к этой идее.

Если эксперимент состоится, электрон столкнется и расщепит атом кислорода, тот разлетится с определенным объемом энергии, которую ученые заранее предсказали. Тогда они смогут изолировать столкновения с участием электронов в пределах данного диапазона энергии и выделить альфа-частицы, которые возникнут впоследствии. Это позволит физикам рассчитать скорость обратной реакции и разработать модель реакции производства кислорода, которая и происходит внутри звезд.  

В конце прошлого года физики США дали новое объяснение плазменным лучам, бьющим из центра черных дыр. В их основе могут лежать спутанные особым образом линии магнитного поля. Открытие пригодится в разработке термоядерных реакторов и ускорителей частиц.