Der er måske for meget 16O i de røde kæmpestjerner, beretter kernefysikere fra IFA

Resultater tyder på 10% større omdannelse fra 12C til 16O i flere typer røde kæmpestjerner. Det kan have store konsekvenser i astrofysikken, og ændrer måske selve Universets størrelse

13.01.2016 | Grete Flarup

AGOR cyclotronen på Groningens Universitet, Nederlandene

I detektoren opbremses 16N atomerne, og deres kernehenfald registreres. Kilde: O. Kirsebom, IFA

Noget tyder på, at vores viden om vigtige processer inde i røde kæmpestjerner må justeres, endda ret kraftigt. Det er resultatet af en forsøgsrække udført ved en kerneaccellerator, som befinder sig på Kernfysisch Versneller Instituut i Groningen, Nederlandene. Bag forsøgene står en forskergruppe med deltagere fra Groningen, fra Leuven i Belgien og fra Institut for Fysik og Astronomi ved Aarhus Universitet.

Fra IFA drejer det sig om J. Refsgaard, O. Kirsebom, H. Fynbo og M. Lund. Hele artiklen kan findes her.

Også Solen bliver en dag til en rød kæmpestjerne. I stjerner af denne type foregår der en række kerneprocesser, som i den sidste ende resulterer i det stjernelys, som vi oplever her på Jorden. En af de vigtige processer en den, hvor kulstof 12 (12C) omdannes til ilt (16O). Kulstofatomkernerne optager en alfapartikel (som er det samme som en 4He atomkerne), men udsender i forløbet stråling i form af en gammastrålefoton. Det er vigtigt at kende denne proces nøjagtigt, for at kunne forudse hvordan stjerner som Solen udvikler sig via stadiet som rød kæmpestjerne for at ende som hvide dværgstjerner, og desuden hvad der bliver slutprodukterne ved den type supernovaeksplosioner som skyldes et kernekollaps, og som ender med en neutronstjerne eller et sort hul.

Desværre er vi ikke idag dygtige nok til direkte at måle processen hvor kulstoffet optager en alfapartikel. Paradoksalt nok kan vi i laboratorierne ikke genskabe reaktioner med lige så lav en energi, som den, der er tilstede i stjernernes indre. Målingerne ville kræve forsøgsudstyr, som er mere end 100.000 gange mere præcist end det, vi råder over idag, så vi må gå indirekte til værks.

Der er en række grundliggende parametre i processen, som er de samme som, eller som meget ligner de parametre, som styrer lignende processer, men hvor grundstoffet kvælstof indgår. Kvælstofatomkernen 16N henfalder til 16O ved udsendelse af en betapartikel, og dernæst omdannes 16O til 12C ved udsendelse af en alfapartikel, og det er den omvendte proces af den, der foregår i stjernerne, men overgangen fra ilt til kulstof kan vi måle på, og det har forskergruppen så gjort. Der er den hage ved det, at 16O normalt er stabil. For at få gang i omdannelsen af ilt til kulstof skal iltkernen være eksiteret. Ved kvælstofkernen 16Ns henfald dannes 16O netop i sådan en eksiteret tilstand, så der er derfor, men går 'omvejen' via kvælstof.

En stråle af 16N atomer skydes fra accelleratoren ind i en tynd skive af silicium, hvor de bremses op, og her måles så deres radioaktive henfald til 16O.

Resultaterne af i alt 54 timers forsøg viser, at hyppigheden for processen i stjernerne, hvor kulstof 12 (12C) omdannes til ilt (16O) er omkring 10% højere end vi hidtil har vidst. Der dannes altså langt mere ilt end hvad astrofysikernes nuværende modeller indregner.

Forskerholdet er yderst opmærksomme på, hvor uventet dette resultat er, og de opfordrer derfor i slutningen af artiklen til, at andre gentager forsøget.

Hvis resultatet viser sig at holde, vil det påvirke dannelsen af tunge grundstoffer som aluminium, titanium og jern i de tunge røde kæmpestjerner. Et større jernindhold i kernen af tunge stjerner vil bevirke, at der dannes forholdsvis flere sorte huller end neutronstjerner ved stjernens endelige kollaps som supernova. I en anden type supernovaer vil et ændret forhold imellem C og O måske betyde, at vi skal revidere vore begreber om selve Universets størrelse. Supernovaer af type Ia bruges som standardmål, og hvis de viser sig at lyse klarere eller svagere i kortere eller længere tid, end vi idag regner med, så må vi ændre målestokkene. Der er dog et stykke vej forskningsmæssigt før vi kender de eventuelle konsekvenser af Aarhusfysikernes opdagelse.

www.sciencedirect.com/science/article/pii/S037026931500903X

Institut for Fysik og Astronomi, Medarbejdere, Offentligheden / Pressen