中國錦屏地下實驗室是目前世界上最深的地下實驗室。北京師范大學(xué)教授何建軍團隊成功研制出目前耐輻照能力最強的氟注入靶，并在錦屏深地直接測量了天體關(guān)鍵核反應(yīng)截面，揭示了古老恒星鈣元素的豐度之謎。近日，相關(guān)成果刊發(fā)于《自然》。

2014年，澳大利亞天文學(xué)家利用望遠(yuǎn)鏡觀測到一顆宇宙中迄今最古老的紅巨星。它的鈣元素起源問題至今仍然是一個謎。天體理論認(rèn)為，這些鈣元素可能來源于碳氮氧循環(huán)的突破反應(yīng)。但是，氟輻射俘獲質(zhì)子的突破反應(yīng)在天體物理感興趣的能區(qū)尚無實驗數(shù)據(jù)。

團隊于2021年初利用錦屏深地核天體物理裝置(JUNA)提供的強流質(zhì)子束，成功將該氟輻射俘獲質(zhì)子的突破反應(yīng)從之前的240千電子伏特一直向下推進至186千電子伏特，觸碰到了第一代星感興趣的伽莫夫能區(qū)，并在225千電子伏特發(fā)現(xiàn)了一個新的共振。

在第一代星最感興趣的1億攝氏度溫度附近，新共振的發(fā)現(xiàn)使得該突破反應(yīng)的反應(yīng)率比之前歐洲核天體反應(yīng)率庫中的推薦值大了5.4~7.4倍，并且將該溫度附近的反應(yīng)率不確定度從幾個數(shù)量級縮小至50%左右，極大降低了該反應(yīng)率在天體網(wǎng)絡(luò)計算中所引起的誤差。

同時，團隊與天體物理學(xué)家合作，研究了新反應(yīng)率在第一代星中的影響，計算表明該反應(yīng)從碳氮氧循環(huán)突破出去的概率比之前預(yù)想的大7倍左右，解釋了第三星族恒星SMSS0313-6708中觀測到的鈣豐度問題。

更具深遠(yuǎn)意義的是，新的反應(yīng)率數(shù)據(jù)強有力地支持了第一代星的弱超新星爆模型，排除了其他天體模型的可能性。另外，在1000萬攝氏度的溫度環(huán)境下，新反應(yīng)率比之前推薦的大200倍左右，因此對于低溫環(huán)境下的恒星演化必將產(chǎn)生重要影響，等待人們開展進一步研究。該工作將為詹姆斯·韋布望遠(yuǎn)鏡未來觀測目標(biāo)提供可靠的核物理輸入量。

作為JUNA的首批成果之一，該突破反應(yīng)實驗的成功開展證明JUNA全面具備了進行深地核天體物理研究的能力。

據(jù)悉，JUNA由中國原子能科學(xué)研究院牽頭，聯(lián)合中科院近代物理研究所、北京師范大學(xué)、清華大學(xué)等單位于2020年底深地建成出束。(記者崔雪芹)

關(guān)鍵詞： 地下最深實驗室測量天體關(guān)鍵核反應(yīng)截面 揭示古老恒星鈣豐度之謎 目前耐輻照能力最強的氟注入靶 宇宙中迄今最古老的紅巨星