Ученые смоделировали синтез углерода в звездах
Звезды создают углерод с помощью тройного альфа-процесса, в котором три альфа-частицы (ядра гелия) сталкиваются и сливаются в течение доли секунд. Этот процесс происходит настолько редко, что последние несколько лет астрофизики ломали голову над тем, как углерод и более тяжелые элементы появились во Вселенной.
В 1953 году известный астроном сэр Фред Хойл предложил решение этой загадки: неизвестное ранее возбужденное состояние углерода, очень близкое к энергии тройного альфа-процесса. Это состояние получило имя открывшего его физика. Но даже этого не было достаточно для объяснения происхождения такого количества углерода, что мы наблюдаем сегодня.
Непосредственно измерить скорость производства углерода очень трудно. Поэтому физики вычисляют его косвенно из наблюдений двух различных переходов из состояния Хойла. В новом исседовании, опубликованном в журнале Physical Review C, ученые смогли получить состояние Хойла, направив пучок протонов на тонкую углеродную пластинку. В результате в материале возникали состояния Хойла, часть из которых переходила обратно в стабильную форму углерода, испуская пару электрон-позитрон.
Исследователи фиксировали каждую пару частица-античастица, чтобы точно вычислить частоту таких процессов. Также физики измеряли количество переходов из состояния Хойла, при которых в окружающую среду вылетает фотон. Объединив вероятность обоих процессов, ученые получили набор сигналов, по которым можно судить о частоте тройных альфа-процессов в звездах.
Затем, основываясь на результатах наблюдений, ученые вычислили скорость синтеза углерода. Оказалось, что полученное значение на треть превышает рассчитанные ранее уровни. Это гигантская величина. Если расчеты ученых верны, новые данные могут изменить понимание звездной эволюции и распределения элементов во Вселенной.