Teoriler tarafından öngörülen seryum-140 elementinin bulunurluğu ile belirli yıldızların gözlemlerinde tespit edilen bulunurluk arasındaki artan eşitsizlik, yeni element üretim modellerine ihtiyaç duyulduğunu göstermektedir.
Yeni araştırmalar, seryum-140’ın gelen bir nötronu hapsetme olasılığının daha önce tahmin edilenden çok daha yüksek olduğunu da gösteriyor.
Astrofizikçilerin bir seryum sorunu var diyebiliriz. Modelleme çalışmaları bazı yıldızların bu ağır metali astronomik gözlemlerin gösterdiğinden çok daha az içermesi gerektiğini de öne sürüyor.
CERN’ tesisinde yapılan son araştırmalar, teori ve ölçümler arasındaki boşluğu %20 oranında artırmıştır.
Araştırmacılar bulguların, atomların nükleer özelliklerine ilişkin yüksek doğruluklu çalışmaların yanı sıra element üretimine ilişkin gözden geçirilmiş nükleosentez modellerinin gerekliliğinin altını çizdiğine inanıyor.
İtalyan araştırmacı Simone Amaducci, “Deneyimiz sorunu daha da kötüleştirdi” diyor. “Bu beklenmedik bir durumdu ama aynı zamanda ilginç çünkü nükleosentezin nasıl gerçekleştiği konusunda anlamadığımız bir şeyler olduğu anlamına geliyor.”
Evrendeki ağır elementlerin çoğu yıldızlarda, bir atom çekirdeğinin bir veya daha fazla nötronu soğurduğu nötron yakalama süreçlerinden biriyle gelişir. Genellikle “s süreci” olarak bilinen yavaş nötron yakalama sürecindeki soğurmalar zaman içinde aralıklı olarak gerçekleşir.
Sonuç olarak, her soğurma olayı ya aynı sayıda protona ancak fazladan bir nötrona sahip kararlı bir çekirdek ya da periyodik tablodaki bir sonraki elementin çekirdeğini oluşturmak için radyoaktif olarak bozunan kararsız bir çekirdek üretir – bir proton daha fazla olan.
Araştırmacılar, s sürecinin mevcut modellerini kullanarak, s süreciyle zenginleştiği bilinen yıldızlarda baryum (56 proton), lantan (57 proton), praseodim (59 proton) ve neodim (60 proton) gibi ağır elementlerin bolluğunu başarıyla tahmin ettiler. Ancak, seryum (58 proton) için modellerin başarısız olduğu görülmektedir, çünkü bazı düşük kütleli, düşük metalli küresel küme yıldızlarında bu element için bolluk tahminleri verilerden %30’a kadar farklılık göstermektedir.
İtalya Ulusal Astrofizik Enstitüsü’nde nötron yakalama problemleri üzerinde çalışan ekip üyesi Cristallo, “Bu tutarsızlık çok garip, çünkü teori komşu elementler için çalışıyor” diyor. Modellerde tek bir element için böyle bir eşitsizliği açıklayacak hiçbir şey yok.
Seryumun bir başka benzersiz özelliği daha var: sihirli bir sayı çekirdeği oluşturabiliyor.
Evrendeki seryumun çoğunluğu (%89), 58 proton ve 82 nötron gibi sihirli bir sayıya sahip bir element izotopu olan seryum-140 olarak bulunur. Sihirli sayıdaki çekirdekler özellikle kararlıdır ve sonuç olarak, periyodik tabloda aynı elementin veya yakın elementlerin diğer izotoplarından daha fazla miktarda bulunurlar.
Seryum-140’ın olağanüstü kararlılığı, diğer sihirli sayı çekirdeklerinde olduğu gibi, gelen bir nötronun bir izotop çekirdeği tarafından emilme şansı olan düşük nötron yakalama tesir kesitinden kaynaklanmaktadır. Bu aynı zamanda CERN’in seryum oksit örneğini yüksek enerjili bir nötron demetiyle vurmayı ve ardından ortaya çıkan etkileşimleri analiz etmeyi gerektiren son deneylerinde değerlendirilen parametredir. Kararsız bir izotop olan seryum-141, numunedeki seryum-140 bir nötron emdiğinde oluşmuştur. Seryum-141’in sonraki bozunması, sıvı bir sintilatörle etkileşime girdiklerinde tespit edilen bir dizi gama ışını ile sonuçlandı. Bu ölçümler daha sonra orijinal seryum-140’ın nötron yakalama tesir kesitini hesaplamak için kullanıldı.
Veri analizi, nötron yakalama tesir kesitinin daha düşük doğrulukla yapılan önceki deneylere göre %40 daha yüksek olduğunu göstermektedir. Daha büyük bir çapraz kesit, seryum-140’ın gelen bir nötronu yakalama olasılığını artırır ve seryum-140 formunda kalma olasılığını azaltır. Amaducci’ye göre bu, daha önce düşünülenden daha düşük bir seryum-140 bolluğu öngörüyor. Artan tesir kesitinin, s-süreci zincirinde daha sonra gelişen çekirdeklerin bolluğu için sonuçları vardır. Amaducci’ye göre, Seryum-140’ın bir nötron kapma ve daha ağır bir çekirdek oluşturma olasılığı daha yüksektir, bu da s sürecinin daha hızlı ilerlemesine izin vererek daha fazla sayıda daha ağır çekirdekle sonuçlanır.
Teorinin öngördüğü seryum-140 bolluğu ile ekibin düşük metalik yıldızlarının gözlemlerinde elde edilen bolluk arasındaki tutarsızlık, bu yıldızlarda s sürecinden başka bir sürecin de bu çekirdeği oluşturabileceğini gösteriyor.
Amaducci, Cristallo ve İtalyan Ulusal Yeni Teknolojiler’den Mengoni, seryum üretiminde i süreci olarak adlandırılan başka bir nükleosentez yolunun rol oynadığına inanıyor. Önerilen bu nötron yakalama süreci, s sürecine katılan birkaç kararlı çekirdeği atlıyor ve eğer önemliyse, elementlerin göreceli bolluklarını etkileme potansiyeline sahip. “Bu mümkün,” diyor Mengoni. “Ancak bu i sürecinin mevcut durumu açıklayıp açıklayamayacağını bilmiyoruz.”
Ekip, seryum-140’ın nötron yakalama tesir kesiti üzerinde çalışan tek ekip değil.
Şubat ayında, Kudüs İbrani Üniversitesi’nden Michael Paul ve meslektaşları, bu teknik kullanılarak daha önce gözlemlenenden yaklaşık %15 daha düşük bir tesir kesiti değeri keşfetti.
Ne Paul ne de Amaducci iki yeni değerin neden farklı olduğunu anlamış değil.
Araştırmacılar, tam olarak neler olup bittiğini anlamak için daha fazla nükleer ölçüm yapılması gerektiği konusunda hemfikir. Örneğin Amaducci, i sürecine katılan çekirdeklerin birçoğu için şu anda deneysel veri bulunmadığına dikkat çekiyor. “Dolayısıyla, modelin girdileri çok belirsiz” diye açıkladı. Birçok teorik ve deneysel grup i sürecini inceliyor ve Mengoni bulguların ilginç olacağını tahmin ediyor. “Mevcut nükleosentez modellerinin ayarlanması veya yeni modellerin icat edilmesi gerekebilir” dedi. “Bu sorunları anlamak nükleer fiziğin en aktif alanlarından biri.”
Kaynak: physics.aps.org/articles/v17/47
