Lần đầu tiên đo chính xác xác suất bắt electron bằng hạt nhân phóng xạ neon-20
Một nhóm nghiên cứu quốc tế lớn đã đo đạc được khả năng bắt eletron của đồng vị neon-20 (20Ne) lần đầu tiên. Họ đã xuất bản hai bài báo trên tạp chí Physical Review C, trong đó mô tả thành công của họ và giải thích cách các thực nghiệm liên quan đến sự phân rã của các ngôi sao có kích thước trung bình.
Nghiên cứu trước đó đã chứng tỏ ở cuối chu kỳ tồn tại của mình, các ngôi sao nhỏ suy sụp thành sao lùn trắng trước khi bị rã các lớp bên ngoài. Và các ngôi sao lớn kết thúc với một cuộc bùng phát siêu tân tinh, dẫn đến việc hình thành một ngôi sao neutron hay lỗ đen. Tuy nhiên việc các ngôi sao có kích thước trung bình vẫn còn chưa được xác định một cách thực sự rõ ràng. Một số nhà nghiên cứu đã đề xuất là chúng mất khối lượng và trở thành những sao lùn trắng; một số nhà nghiên cứu khác lại tìm thấy là chúng bùng phát như những ngôi sao lớn. Có nghiên cứu trước đó đã chứng tỏ, một trong những yếu tố xác định cách một ngôi sao có kích thước trung bình chết đi là khi tỷ lệ bắt electron bằng 20Ne và hệ quả là tỷ fluorine-20 (20F) xuất hiện. Nhưng cho đến bây giờ, xác suất chuyển đổi bằng các hạt nhân vẫn chưa được đo đạc bằng thực nghiệm. Trong nỗ lực mới này, các nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm máy gia tốc JYFL Phần Lan đã làm được điều này.
Trong phòng thí nghiệm này, các nhà nghiên cứu đã bắn phá một tấm carbon với hạt nhân 20F, tác động lên chúng để chúng gắn vào tấm carbon – sau đó, họ đã đo đạc phân ra phóng xạ này. Bước tiếp theo, họ tính toán xác suất của một chuyển pha và cho biết tìm thấy 0,00041% hạt nhân 20F bị phân rã thành 20Ne0+.
Nhóm nghiên cứu đã ứng dụng những gì họ đã học được về cái chết của ngôi sao có kích thước trung bình. Sử dụng các kết quả từ thực nghiệm của mình, họ đã tìm thấy một lượng đáng kể gia tăng về tỷ lệ bắt electron (8 lần). Bởi vì số lượng lớn nên các nhà nghiên cứu đã đề xuất là nó có thể dẫn đến tổng hợp oxy tại các mức mật độ thấp. Kết quả dẫn đến vụ nổ này do đó có thể chỉ ở mức nhỏ, không phải là siêu tân tinh. Kết quả cuối cùng có thể là sự hình thành sao lùn trắng. Khi chạy các mô phỏng bằng các kết quả mình tìm ra, họ đều thấy việc hình thành sao lùn trắng này. Do đó họ kết luận, khi kết thúc chu kỳ tồn tại thì các ngôi sao trung bình không chắc trở thành các ngôi sao neutron hay lỗ đen.
Nghiên cứu trước đó đã chứng tỏ ở cuối chu kỳ tồn tại của mình, các ngôi sao nhỏ suy sụp thành sao lùn trắng trước khi bị rã các lớp bên ngoài. Và các ngôi sao lớn kết thúc với một cuộc bùng phát siêu tân tinh, dẫn đến việc hình thành một ngôi sao neutron hay lỗ đen. Tuy nhiên việc các ngôi sao có kích thước trung bình vẫn còn chưa được xác định một cách thực sự rõ ràng. Một số nhà nghiên cứu đã đề xuất là chúng mất khối lượng và trở thành những sao lùn trắng; một số nhà nghiên cứu khác lại tìm thấy là chúng bùng phát như những ngôi sao lớn. Có nghiên cứu trước đó đã chứng tỏ, một trong những yếu tố xác định cách một ngôi sao có kích thước trung bình chết đi là khi tỷ lệ bắt electron bằng 20Ne và hệ quả là tỷ fluorine-20 (20F) xuất hiện. Nhưng cho đến bây giờ, xác suất chuyển đổi bằng các hạt nhân vẫn chưa được đo đạc bằng thực nghiệm. Trong nỗ lực mới này, các nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm máy gia tốc JYFL Phần Lan đã làm được điều này.
Trong phòng thí nghiệm này, các nhà nghiên cứu đã bắn phá một tấm carbon với hạt nhân 20F, tác động lên chúng để chúng gắn vào tấm carbon này – sau đó, họ đã đo đạc phân ra phóng xạ này. Bước tiếp theo, họ tính toán xác suất của một chuyển pha và cho biết tìm thấy 0,00041% hạt nhân 20F bị phân rã thành 20Ne0+.
Nhóm nghiên cứu đã ứng dụng những gì họ đã học được về cái chết của ngôi sao có kích thước trung bình. Sử dụng các kết quả từ thực nghiệm của mình, họ đã tìm thấy một lượng đáng kể gia tăng về tỷ lệ bắt electron (8 lần). Bởi vì số lượng lớn nên các nhà nghiên cứu đã đề xuất là nó có thể dẫn đến tổng hợp oxy tại các mức mật độ thấp. Kết quả dẫn đến vụ nổ này do đó có thể chỉ ở mức nhỏ, không phải là siêu tân tinh. Kết quả cuối cùng có thể là sự hình thành sao lùn trắng. Khi chạy các mô phỏng bằng các kết quả mình tìm ra, họ đều thấy việc hình thành sao lùn trắng này. Do đó họ kết luận, khi kết thúc chu kỳ tồn tại thì các ngôi sao trung bình không chắc trở thành các ngôi sao neutron hay lỗ đen.
Thanh Phương dịch
Nguồn: https://phys.org/news/2020-01-scientists-accurately-probability-electron-capture.html
