Des chercheurs de l'Institut de physique moderne (IMP) de l'Académie chinoise des sciences et leurs collaborateurs ont récemment fait de grands progrès dans l'étude du taux de désintégration bêta stellaire de ⁵⁹ Fe, qui constitue une étape importante vers la compréhension ⁶⁰ La nucléosynthèse du Fe dans les étoiles massives. Les résultats ont été publiés dans Lettres d'examen physique le 12 avril.

Nucléide radioactif ⁶⁰ Fe joue un rôle essentiel dans les études d'astrophysique nucléaire. Il est synthétisé dans les étoiles massives par captures neutroniques successives sur un noyau stable de ⁵⁸ Fe et, pendant les derniers stades de l'évolution stellaire, éjecté dans l'espace via une supernova à effondrement de cœur.

Les raies gamma caractéristiques associées à la désintégration de ⁶⁰ Fe ont été détectés par des détecteurs de rayons gamma spatiaux. En comparant les ⁶⁰ Flux de rayons gamma Fe à celui de ²⁶ Al, qui partage une origine similaire à ⁶⁰ Fe, les chercheurs devraient pouvoir obtenir des informations importantes sur la nucléosynthèse et les modèles stellaires. Cependant, le rapport de flux de rayons gamma observé ²⁶ Al/ ⁶⁰ Fe ne correspond pas aux prévisions théoriques en raison des incertitudes des modèles stellaires et des données nucléaires.

Le taux de désintégration bêta stellaire de ⁵⁹ Fe est parmi les plus grandes incertitudes dans les entrées de données nucléaires. Lors de la nucléosynthèse de ⁶⁰ Fe dans les étoiles massives, ⁵⁹ Fe peut soit capturer un neutron pour produire ⁶⁰ Fe ou désintégration bêta en ⁵⁹ Co. Par conséquent, le taux de désintégration bêta stellaire de ⁵⁹ Fe est essentiel au rendement de ⁶⁰ Fé.

Bien que le taux de décroissance de ⁵⁹ Fe a été mesuré avec précision dans les laboratoires, son taux de désintégration peut être considérablement amélioré dans les environnements stellaires en raison des contributions de ses états excités. Cependant, la mesure directe du taux de désintégration bêta à partir d'états excités est très difficile car il faut créer un environnement à haute température comme dans les étoiles pour maintenir la ⁵⁹ Noyaux de Fe dans leurs états excités.

Pour résoudre ce problème, des chercheurs de l'IMP ont proposé une nouvelle méthode pour mesurer le taux de désintégration bêta stellaire de ⁵⁹ Fé. "La réaction d'échange de charge nucléaire est une alternative de mesure indirecte, qui fournit des informations clés sur la structure nucléaire qui peuvent déterminer ces taux de désintégration", a déclaré Gao Bingshui, chercheur à l'IMP.

Les chercheurs ont mené leur expérience à l'installation de cyclotron couplé de l'Université d'État du Michigan. Dans l'expérience, un faisceau de triton secondaire produit par les cyclotrons a été utilisé pour bombarder un ⁵⁹ Co cible. Puis les produits de la réaction, ³ Il particules et rayons gamma, ont été détectés par le spectromètre S800 et la matrice de détection de rayons gamma GRETINA. En utilisant ces informations, les taux de désintégration bêta du ⁵⁹ Fe états excités ont été déterminés. Cette mesure a ainsi éliminé l'une des incertitudes nucléaires majeures dans la prédiction du rendement de ⁶⁰ Fé.

En comparant les calculs du modèle stellaire utilisant les nouvelles données de taux de décroissance avec les calculs précédents, les chercheurs ont découvert que, pour une étoile de 18 masses solaires, le rendement de ⁶⁰ Fe est inférieur de 40 % lors de l'utilisation des nouvelles données. Le résultat indique une tension réduite dans l'écart de ²⁶ Al/ ⁶⁰ Rapports Fe entre les prédictions théoriques et les observations.

« C'est un pas important vers la compréhension ⁶⁰ nucléosynthèse de Fe dans les étoiles massives et fournira une base plus solide pour les futures simulations astrophysiques, " a déclaré Li Kuoang, le collaborateur de Gao.