宇宙中稀有核合成的可能新过程

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这张照片显示了一个超新星遗迹，被认为创造了一颗磁星。资料来源：哈勃遗产团队（STScI AURA），朱（UIUC）等人，美国国家航空航天局

据德国亥姆霍兹研究中心协会（Ingo Peter）：GSI亥姆霍兹中心für Schwerionenforschung、达姆施塔特理工大学和马克斯·普朗克天体物理研究所的科学家提出了一种新的核合成过程，称为Γr过程。当富含中子的物质暴露在高通量的中微子中时，它就会工作。

最近发表在《物理评论快报》上的这一理论建议，可能是解决一个长期存在的问题的解决方案，该问题与太阳系中存在的一组稀有同位素的产生有关，但其起源仍鲜为人知，即所谓的p核。

大质量恒星中的聚变过程产生高达铁和镍的原子核。除此之外，大多数稳定的重核，如铅和金，都是通过缓慢或快速的中子捕获过程产生的。

对于其余缺乏中子的核武器的生产，已经提出了各种核合成过程。然而，解释（早期）太阳系中92,94Mo、96,98Ru和92Nb的大量丰度仍然是一个挑战。

由于中微子催化了一系列捕获反应，因此γ-过程允许同时产生所有这些核。

这就是过程的工作原理：在天体物理爆炸中，γr过程在富含中子的外流中运行，当温度高时，最初由中子和位于铁和镍周围的原子核组成。

随着材料温度的降低，较轻的原子核通过一系列中子捕获和弱相互作用过程产生较重的原子核。然而，与快速中子捕获过程不同的是，在快速中子捕获中，弱反应是β衰变，它们是对μr过程的中微子吸收反应。

一旦自由中子耗尽，进一步的中微子吸收反应将束缚在原子核中的中子转化为质子，将产生的原子核推向甚至超过β稳定线。

中微子的能量足够大，可以将原子核激发到通过中子、质子和阿尔法粒子的发射而衰变的状态。发射出的粒子被重原子核捕获。

这引发了一系列由中微子催化的捕获反应，这些反应决定了Γr过程产生的元素的最终丰度。通过这种方式，中微子可以产生中子不足的核，否则这些核是无法接近的。

GSI/FAIR核天体物理与结构部科学家、该出版物的通讯作者熊泽伟说：“我们的发现为通过中微子在核上的吸收反应解释p核的起源开辟了一种新的可能性。”。

在确定了驱动γr过程的一系列反应后，恒星爆炸发生的类型仍有待确定。

在他们的出版物中，作者们提出，在强磁场环境中喷出的物质中，如磁旋转超新星、collapsar或磁星中，会发生Γr过程。

这一建议促使天体物理学家寻找合适的条件，事实上，第一份出版物已经报道了磁驱动喷出物达到必要条件的情况。

Γr过程需要了解位于β稳定线两侧的核上的中微子反应和中子捕获反应。通过GSI/FAIR设施独特的储存环功能，测量相关反应将成为可能。