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近代物理所等在60Fe起源研究中获进展

  中国科学院近代物理研究所科研人员及合作者开展了恒星环境下59Fe激发态β衰变寿命的实验研究并取得进展。该研究结束了长期以来59Fe星体环境β衰变速率只能依赖理论计算的现状,对于理解恒星中60Fe的合成过程及天文观测具有重要意义,相关研究成果发表在Physics Review Letters上。

  放射性核素60Fe(半衰期约230万年)在核天体物理研究中扮演重要角色。太空中的60Fe在衰变过程中会发射出特征γ射线,为研究天体演化及核素合成提供重要数据。宇宙中的另外一个放射性核素26Al(半衰期约72万年),与60Fe有类似的合成场所。通过比较它们衰变所发射的特征γ射线通量,可以提取恒星演化过程的重要信息,并检验星体模型。然而,研究发现,60Fe与26Al特征γ射线通量之比与理论预言并不相符,其中一个重要影响因素是59Fe在星体环境下的β衰变速率无法准确测量,在星体模型计算中只能依赖理论计算,导致60Fe在大质量恒星中的产额无法精确计算。为此,近代物理所研究人员首次提出利用电荷交换反应间接测量59Fe激发态β衰变寿命的想法,实验在美国超导回旋加速器国家实验室(NSCL)加速器上进行。

  实验中,研究人员利用该实验室提供的次级束流氚轰击59Fe靶,将59Fe激发到59Fe的激发态,并利用高精度磁谱仪S800和大型伽马探测器阵列GRETINA测量反应产生的3He粒子和59Fe退激发射的γ射线,成功提取出计算59Fe激发态β衰变速率的重要信息。该研究结束了长期以来59Fe星体环境下的β衰变速率只能依赖理论计算的现状,对理解60Fe的核合成过程具有重要意义。

  此外,结合最新测量结果,科研人员通过星体模型计算发现,60Fe在18倍太阳质量的恒星中产额比以往的计算结果下降了40%,该结果缩小了60Fe与26Al特征γ射线通量的理论预言与实验观察间的差异,为理解该问题提供了重要的实验数据。

  研究工作得到国家重点研发计划和中科院战略性先导科技专项(B类)的支持。

  论文链接

  图1.大质量恒星中60Fe的合成过程

图2.18倍太阳质量60Fe产额。蓝色(LMP)为以往计算结果,红色(present work)为利用本实验数据的计算结果


研究团队单位:近代物理研究所

分类标签:科学进展  

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