02.07.2018
Tutkimusuutiset
Yliopiston uutiset

Uutta mittaustietoa raskaiden alkuaineiden syntymiselle maailmankaikkeudessa

Useiden harvinaisten maametalli-isotooppien ytimien sidosenergiat on määritetty ensimmäistä kertaa maailmassa. Jyväskylän yliopiston fysiikan laitoksen kiihdytinlaboratoriossa kokeellisesti mitattu uusi tieto auttaa ymmärtämään, miten raskaat alkuaineet ovat syntyneet maailmankaikkeudessa.

Rautaa raskaampien alkuaineiden, kuten kullan tai platinan alkuperä, on askarruttanut tutkijoita pitkään. Äskettäin kahden neutronitähden (GW170817) törmäyksestä tehdyt havainnot, ja erityisesti siinä havaittu kilonova, vahvistivat, että raskaita alkuaineita syntyy nopeiden neutronisieppausten avulla ainakin tällaisissa törmäyksissä. Jotta raskaiden alkuaineiden muodostumista voidaan ymmärtää, tarvitaan tietoa radioaktiivisista ytimistä, joissa on poikkeuksellisen paljon neutroneja. Alkuainesynteesi etenee pitkin tällaisia neutronirikkaita ytimiä, jotka lopulta beetahajoavat pysyviksi, stabiilien alkuaineiden isotoopeiksi. Neutronirikkaiden ydinten ominaisuudet, kuten niiden sidosenergiat, ovat olennaisia laskuille, joiden avulla mallinnetaan, kuinka paljon ytimiä ja alkuaineita syntyy nopeiden neutronisieppausten kautta tietyissä olosuhteissa kuten neutronitähtien törmäyksissä. Tieto on entistäkin tärkeämpää odottaessamme uusia havaintoja neutronitähtien törmäyksistä.

Tarkemmalla mittaustiedolla kohti parempia laskennallisia malleja
Jyväskylän yliopiston fysiikan laitoksen kiihdytinlaboratoriossa akatemiatutkija Anu Kankaisen johdolla on äskettäin mitattu kahdentoista neutronirikkaan ytimen sidosenergiat erittäin tarkasti käyttämällä JYFLTRAP Penningin loukkua. Tutkituilla ytimillä on erityisesti vaikutusta siihen, kuinka paljon harvinaisia maametalleja tuotetaan nopeiden neutronisieppausten kautta. Kuudelle tutkituista ytimistä sidosenergia pystyttiin mittaamaan nyt ensimmäistä kertaa maailmassa. Uudet, tarkemmat sidosenergiat muuttivat laskettuja alkuainepitoisuuksia jopa 25% ja tuottivat paremman yhteensopivuuden havaittujen pitoisuuksien kanssa. Tutkimuksessa havaittiin myös, että neutronien lukumäärän parillisuudella oli pienempi vaikutus sidosenergioihin kuin tarkastelluissa teoreettisissa malleissa.

- Mitattujen sidosenergioiden avulla pystytään tekemään tarkempia laskuja raskaiden alkuaineiden tuotolle erilaisissa ympäristöissä kuten neutronitähdissä. Tämä auttaa meitä ymmärtämään paremmin alkuaineiden alkuperää maailmankaikkeudessa, kertoo akatemiatutkija Anu Kankainen Jyväskylän yliopiston fysiikan laitokselta.

Tulokset on julkaistu arvostetussa Physical Review Letters –lehdessä. Tutkimusta on rahoittanut Suomen Akatemia, ja se tehtiin yhteistyössä University of Notre Damen (USA) tutkijoiden kanssa.

Lisätietoja: