Elementin oluşumuyla ilgili ölçümlere göre, elementlerin “i süreci” yoluyla geliştiği varsayılan yıldızlarda modellerin öngördüğünden daha az lantan oluşuyor.
Baryum-139‘un nötron yakalama tesir kesitinin deneysel olarak belirlenmesi sayesinde bilim insanları, izotopun bozunma ürünlerinden biri olan lantanın yıldız bolluğuna ilişkin tahminlerini gözden geçirdiler.
Astronomik teleskopların gözlem yeteneği son on yılda önemli ölçüde gelişti. Bu gelişmelerle birlikte evrenin güzel görüntüleri ve giderek artan sayıda şaşırtıcı keşifler ortaya çıktı; örneğin evrenin erken dönemlerinde daha önce düşünülenden daha fazla parlak galaksinin var olduğu keşfedildi.
Son araştırmalara göre, bazı yıldızlar modellerin öngördüğünden daha yüksek konsantrasyonlarda belirli elementlere sahip olabilir.
Bu element bolluğu bulmacalarının çözümü, evrenin daha ağır bileşenlerinin oluşumunu anlamak için çok önemlidir.
Yakın zamanda, Köln Üniversitesi’nden Dennis Mücher ve Michigan Üniversitesi’nden Artemis Spyrou tarafından, nükleosentez yolu olan i süreciyle ilgili bir nükleer reaksiyon için nötron yakalama tesir kesiti ölçüldü.
Elde edilen bilgiler modelleri güçlendiriyor ve gökbilimcilerin yıldızların elementleri nasıl sentezlediğine dair gizemi tamamlamalarına yardımcı olabilir.
Nötron yakalama olarak bilinen bir süreç, evrendeki ağır elementlerin çoğunu yıldızlarda oluşturur. Bu süreçlerden en çok araştırılan ikisi, yavaş nötron yakalama süreci ya da “s süreci” ve hızlı nötron yakalama süreci ya da “r süreci”, yakın zamana kadar astronomlar tarafından bildirilen element bolluklarını açıklayabiliyordu.
Spyrou’ya göre, “neredeyse tüm gözlemler modellerle uyumluydu.” Daha sonra, yeni teleskopların ortaya çıkmasıyla, şaşırtıcı element oranlarına sahip yıldızlar görünür hale geldi.
Bazen “i süreci” olarak da bilinen ara süreç, bu sonuçlar nedeniyle dikkat çeken ve daha az bilinen bir nötron yakalama yöntemidir. Bu yol ilk olarak 1970’lerde ortaya atılmış, ancak o zamanki kanıtlar mantıklı olmasını gerektirmediği için terk edilmiştir.
Adından da anlaşılacağı üzere, i sürecinin nitelikleri s ve r süreçlerinin arasında yer almaktadır. Örneğin, elementler s süreciyle oluştuğunda bir çekirdek yıldızlarda her birkaç yüz yılda bir nötron soğurabilir. Parçalanmadan önce günlerce veya aylarca hayatta kalabilen nispeten kararlı çekirdekler genellikle s sürecine dahildir.
Çekirdekler, r sürecinin önemli olduğu spektrumun diğer ucunda son derece kararsızdır. Burada bozunma süreleri bir saniyeden kısadır ve çekirdekler nötronları çok daha sık yakalar-her saniye ya da daha az. Birkaç on dakikalık anlamlı zaman ölçeklerine sahip olan i süreci bu uç noktalar arasında yer alır. Spyrou’ya göre, “i süreci her yönden orta düzeydedir.”
Geleneksel nötron yakalama tesir kesiti ölçümleri, bir hedefin nötron ışını bombardımanına tabi tutulmasını içerir. Ancak, i sürecini bu şekilde incelemenin zorluğu, kısa yarı ömürleri nedeniyle gerekli izotopların kararlı bir hedefe dahil edilememesinden kaynaklanmaktadır.
Farklı bir yaklaşım, istenen izotopla bir ışın oluşturmak ve bunu bağlanmamış bir nötron hedefine yönlendirmek olabilir, ancak böyle bir hedef oluşturmak mümkün değildir. Spyrou’ya göre, “doğrudan ölçümler şu anda mümkün değil.”
Spyrou, Mücher ve arkadaşları, i sürecini araştırmak için bir sezyum-140 ışınının baryum-140’a bozunmasını ölçtüler. Araştırmacılar, baryum-140 çekirdeğinin parçalanması sırasında bir nötronun bir protona dönüşmesinden sonra saldığı bir gama ışını gözlemledi. Bu gama ışını verileri sayesinde, bir izotopun çekirdeğinin gelen bir nötronu emme olasılığıyla ilgili bir parametre olan baryum-140 nötron yakalama tesir kesitini çıkarabildiler.
Bu dolaylı bir değerlendirme olsa da Spyrou bununla neredeyse her şeyi öğrenebileceğimizi iddia ediyor.
Lantan-139 gibi diğer elementlerin izotoplarının üretim olasılığı da keşfedilebilecekler arasında. Baryum-140 deneyleri, bu izotopu oluşturmak üzere bozunan baryum-139’un nötron yakalama tesir kesiti hakkında bilgi sağlıyor. Lantan, kendisi için mevcut olan astrofiziksel gözlemlerin bolluğu nedeniyle nükleosentez modellerinin çıktılarını sınırlamak için birincil seçenektir. Lantan gözlemleri, s ve r süreçlerinin son verileri açıklama kabiliyetiyle ilgili sorunları gün ışığına çıkarmıştır. Ekibin deneylerine göre, baryum-139’un nötron yakalama tesir kesiti, mevcut nükleer teori modellerinin öngördüğünden daha büyüktür.
Baryum-139’un, nötronları emme ve diğer elementlere dönüşme potansiyelini artıran daha büyük çapraz kesiti nedeniyle lantan-139’a bozunması daha az olasıdır. Dolayısıyla, i sürecinin baskın olduğu yıldızlar için, veriler daha önce öngörülenden daha düşük bir lantan bolluğuna işaret etmektedir.
Spyrou, Mücher ve arkadaşları bu verileri kullanarak, i sürecinin ilgili olduğu baryum-lantanum oranını kısıtlayarak astronomik gözlemler için belirsizlikleri büyük ölçüde azaltmayı başardılar.
Université libre de Bruxelles’den nötron yakalama süreci uzmanı Arthur Choplain, “i süreciyle ilgili nötron yakalama tesir kesitlerinin neredeyse tamamen deneysel olarak bilinmediğini” belirtiyor.
Baryum ve lantanın nükleosentez modelleri için önemi göz önüne alındığında, bu tür ölçümleri görmeyi “heyecan verici” buluyor. Choplain, ekibin metodolojisi kullanılarak diğer izotopların nötron yakalama tesir kesitlerinin de ölçülebileceğini umuyor. Ona göre, bu türden herhangi bir ölçüm “i-süreci modellerimizin doğruluğunu giderek artırma ve sonunda modeller ve gözlemler arasında daha güvenilir karşılaştırmalar yapma” potansiyeline sahip.
Bu doğrultudaki çalışmalar şu anda Spyrou, Mücher ve meslektaşları tarafından planlanmaktadır. Buna ek olarak, i süreci için bir diğer önemli izotop olan sezyum-137’nin nötron yakalama tesir kesitini değerlendirmeyi planlıyorlar. Mücher’e göre, “muhtemelen reaksiyon tesir kesitini doğrudan ölçebileceğimiz tek i-süreci izotopu”, bu yolu araştırma için çok cazip hale getiriyor.
Kaynak: physics.aps.org/articles/v17/78
