Kejutan supernova menciptakan misteri mendasar: reaksi terpenting di alam semesta bisa mendapatkan dorongan yang sangat besar dan tak terduga

Cassiopeia A adalah sisa supernova dari konstelasi Cassiopeia. Kredit: NASA / CXC / SAO

Para peneliti di Michigan State University telah menemukan bahwa salah satu reaksi terpenting di alam semesta bisa mendapatkan dorongan yang sangat besar dan tak terduga dari ledakan bintang yang dikenal sebagai supernova.

Temuan ini juga menantang ide di balik bagaimana beberapa unsur berat di Bumi dibuat. Secara khusus, ia mengevaluasi teori yang menjelaskan jumlah yang luar biasa tinggi dari beberapa bentuk, atau isotop, dari planet unsur rutenium dan molibdenum.

“Sungguh menakjubkan,” kata Luke Roberts, asisten profesor di Fasilitas Sinar Isotop Rare dan Departemen Fisika dan Astronomi MSU. Roberts menerapkan kode komputer yang digunakan tim untuk memodelkan lingkungan di dalam supernova. “Kami tentu menghabiskan banyak waktu untuk memastikan hasilnya benar.”

Hasilnya dipublikasikan secara online pada 2 Desember 2020 di jurnal tersebut Alam, Tunjukkan bahwa daerah paling dekat dari supernova dapat membentuk atom karbon lebih dari sepuluh kali lebih cepat dari yang diperkirakan sebelumnya. Pembuatan karbon ini melalui reaksi yang dikenal sebagai proses triple-alpha.

“Reaksi triple-alpha, dalam banyak hal, merupakan reaksi yang paling penting. Tentukan keberadaan kami, “kata Hendrik Schatz, salah satu kolaborator Roberts. Astrofisika – Pusat Evolusi Unsur, atau JINA-CEE.

Hampir semua atom yang menyusun Bumi dan segala isinya, termasuk manusia, ditempa menjadi bintang. Penggemar mendiang penulis dan ilmuwan Carl Sagan mungkin ingat kutipan terkenalnya: “Kita semua terbuat dari benda-benda bintang.” Mungkin tidak ada bintang yang lebih penting bagi kehidupan di Bumi selain karbon yang dihasilkan di kosmos melalui proses triple-alpha.

Prosesnya dimulai dengan partikel alfa, yang merupakan inti atom atau inti helium. Setiap partikel alfa terdiri dari dua proton dan dua neutron.

Proses Triple-Alpha

Dalam proses alfa rangkap tiga, bintang menggabungkan tiga inti helium, juga disebut partikel alfa bersama-sama (kiri) untuk menciptakan atom karbon tunggal dengan energi berlebih, yang dikenal sebagai keadaan Hoyle. Keadaan Hoyle ini dapat dibagi menjadi tiga partikel alfa atau keadaan dasar karbon stabil dengan melepaskan sepasang sinar gamma (tengah). Namun, pembentukan karbon stabil di dalam supernova dapat ditingkatkan dengan bantuan proton tambahan (kanan). Kredit: fasilitas untuk balok isotop langka

Dalam proses tiga alfa, bintang menggabungkan tiga partikel alfa, menciptakan partikel baru dengan enam proton dan enam neutron. Ini adalah bentuk karbon paling umum di alam semesta. Ada isotop lain yang dihasilkan oleh proses nuklir lain, tetapi isotop tersebut menyumbang lebih dari 1% atom karbon bumi.

Namun, penggabungan tiga partikel alfa seringkali merupakan proses yang tidak efisien, kata Roberts, kecuali ada sesuatu yang bisa membantunya. Tim Spartan mengungkapkan bahwa daerah paling dekat dari supernova mungkin memiliki pembantu yang melayang-layang: proton berlebih. Jadi, supernova yang kaya proton dapat mempercepat reaksi triple-alpha.

Tetapi percepatan reaksi triple-alpha juga menghambat kemampuan supernova untuk membuat elemen yang lebih berat di tabel periodik, kata Roberts. Ini penting karena para ilmuwan telah lama percaya bahwa supernova yang kaya proton menciptakan kelimpahan isotop tertentu rutenium dan molibdenum yang mengejutkan di Bumi, yang mengandung lebih dari 100 proton dan neutron.

“Jangan lakukan isotop ini di tempat lain,” kata Roberts.

Tetapi menurut studi baru, Anda mungkin tidak akan membentuknya dalam supernova yang kaya proton.

“Yang menurut saya menarik adalah sekarang Anda harus menemukan cara lain untuk menjelaskan keberadaannya. Mereka seharusnya tidak berada di sini dengan kelimpahan itu, “kata Schatz tentang isotop.” Tidak mudah menemukan alternatifnya. “

“Di satu sisi, ini mengganggu,” kata Sam Austin, pencipta proyek, Profesor Emeritus MSU yang terhormat dan mantan direktur National Laboratory of Superconducting Cyclotron, pendahulu FRIB. “Kami pikir kami mengetahuinya, tetapi kami tidak mengetahuinya dengan cukup baik.”

Ada gagasan lain, tambah para peneliti, tetapi tidak ada yang benar-benar memuaskan oleh para ilmuwan nuklir. Apalagi, belum ada teori yang memasukkan penemuan baru ini.

“Segala sesuatu yang keluar selanjutnya, Anda harus mempertimbangkan efek dari reaksi tiga alfa yang dipercepat. Itu teka-teki yang menarik, “kata Schatz.

Meskipun tim tidak memiliki solusi langsung untuk teka-teki ini, para peneliti mengatakan itu akan berdampak pada eksperimen di masa depan pada FRIB, yang baru-baru ini ditetapkan sebagai fasilitas pengguna Departemen Energi AS.

Selain itu, MSU menyediakan lahan subur bagi teori-teori baru untuk berkembang. Itu menjadi tuan rumah program pascasarjana peringkat terbaik bangsa untuk melatih generasi berikutnya ahli fisika nuklir. Ini juga merupakan lembaga inti JINA yang mempromosikan kolaborasi dalam fisika nuklir dan astrofisika seperti ini, termasuk juga Shilun Jin. Jin mengerjakan proyek itu sebagai rekan postdoctoral MSD dan sejak itu menjadi bagian dari Akademi Ilmu Pengetahuan China.

Jadi, sementara Austin mengungkapkan kekecewaan kecil bahwa hasil ini bertentangan dengan gagasan lama tentang penciptaan unsur-unsur, dia juga tahu bahwa itu akan memberi makan ilmu-ilmu baru dan pemahaman yang lebih baik tentang alam semesta.

“Kemajuan datang bila ada kontradiksi,” ujarnya.

“Kami menyukai kemajuan,” kata Schatz. “Bahkan saat itu menghancurkan teori favorit kami.”

Referensi: “Reaksi triple α yang ditingkatkan mengurangi nukleosintesis kaya proton dalam supernova” oleh Shilun Jin, Luke F. Roberts, Sam M. Austin, dan Hendrik Schatz, 2 Desember 2020, Alam.
DOI: 10.1038 / s41586-020-2948-7

Pekerjaan ini didukung oleh National Science Foundation dan JINA-CEE, yang merupakan NSF Physics Frontiers Center, dan program komputasi lanjutan DOE. Selain itu, Jin mendapat dukungan dari beasiswa pascadoktoral yang disediakan oleh MSU dan Dewan Beasiswa China.

National Science Foundation mendanai National Superconducting Cyclotron Laboratory, sebuah pusat penelitian dan pendidikan dalam ilmu nuklir dan akselerator. Ini adalah fasilitas pengguna ilmiah pertama yang didedikasikan untuk produksi dan studi isotop langka.

MSU menetapkan dan mengoperasikan FRIB sebagai fasilitas pengguna untuk Kantor Fisika Nuklir Departemen Energi AS.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Diet junk food dapat meningkatkan risiko mengemudi berbahaya di antara pengemudi truk

Diet tidak sehat yang terkait dengan kelelahan yang lebih besar: Faktor kunci dalam peningkatan risiko kecelakaan, kata para peneliti. Pola makan yang tidak sehat dapat...

Fotosintesis buatan menjanjikan sumber energi yang bersih dan berkelanjutan

Manusia dapat melakukan banyak hal yang tidak dapat dilakukan oleh tumbuhan. Kita bisa berjalan, berbicara, mendengarkan, melihat dan menyentuh. Tetapi tanaman memiliki...

Es laut di pantai Arktik menipis secepat yang saya kira

Es Arktik yang menurun bisa dibilang salah satu korban terbesar perubahan iklim, dan dampaknya sangat luas, dari keadaan beruang kutub yang ikonik dan satwa...

Dinosaurus terbesar di Australia – “Titan Selatan” – baru saja memasuki buku rekor!

Kolaborasi Australia, "Titan Cooper Selatan." Penulis: Vlad Konstantinov, Scott Hoknul © Museum Sejarah Alam Eromanga Apa lapangan basket yang lebih tinggi dari b-double, dan...

Maju dengan roket SLS Moon raksasa, pertemuan dekat dengan Ganymede dan gerhana cincin api

Inti roket Space Launch System (SLS) seberat 188.000 pon telah naik ke peluncur bergerak, di antara dua pendorong roket padat. Kredit: NASA Bergerak maju...

Newsletter

Subscribe to stay updated.