近代物理所等为寻找宇宙中第一代恒星的灰烬提供重要.....

黄河长江

中国科学院兰州近代物理研究所唐晓东研究员等，首次在星体能区测量了12C(12C,n)23Mg反应几率，为寻找宇宙中第一代恒星的灰烬提供了重要实验数据。

　　大爆炸后4亿年，宇宙中诞生了第一代恒星。理论预言，在这些星体熔炉中，原子核反应将大爆炸产生的氢和氦熔合成更重的元素，其燃烧剩下的灰烬具有一种独特的元素丰度分布。在宇宙中寻找这种元素丰度分布，对人们认识第一代恒星性质及第一代星系的形成有着至关重要的作用。在众多原子核反应中，12C(12C,n)23Mg反应几率对理论预言的元素丰度起到关键作用。可是，在星体环境下，由于该反应几率很低，测量工作十分困难，各种理论预言存在很大分歧。

　　最近，由中科院近代物理所唐晓东研究员与美国劳伦斯利物莫国家实验室Bucher博士共同领导的一支来自美国圣母大学、美国劳伦斯利物莫国家实验室、中科院近代物理所、澳大利亚莫纳什大学、上海交通大学、美国明尼苏达大学、中国原子能科学研究院、匈牙利科学院、瑞士巴塞尔大学和美国加州大学等10家单位的核天体物理团队，利用实验室中的低能加速器，以及低本底碳靶和灵敏中子探测器，首次成功地在星体能区对该反应几率进行了测量，达到了天体物理学家所要求的精度，更精确地预言了第一代恒星灰烬的元素丰度分布，为寻找第一代恒星的印记提供了坚实的基础。

　　该工作由中科院百人计划、国家自然科学基金委员会和美国自然科学基金委员会等多家机构资助。中科院近代物理所为通讯作者。

　　研究成果在物理评论快报（Phys. Rev. Lett. 114, 251102 (2015)）发布。

　　文章链接：http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.114.251102 　　  

　　

　　图1  大爆炸之后第一代大质量恒星灰烬的元素丰度对人们认识第一代恒星性质及第一代星系的形成有着至关重要的作用。12C(12C,n)23Mg反应对第一代恒星灰烬中的Na和Al的含量有重要影响。该图由NASA原图改编。

　　

　　图2  上图为12C(12C,n)23Mg天体物理S*因子。下图为12C(12C,n)23Mg在典型碳壳层燃烧温度（11亿度）时的伽莫夫产额。以前的实验测量(紫色空心点)高于天体物理能区（2.6 MeV<Ecm<3.7 MeV）。理论预言（红线）与实验值的差别高达4倍，无法满足天体物理模型要求。本工作（黑点）不仅首次在天体物理能区直接测量12C(12C,n)23Mg反应截面，发现了Ecm=3.4 MeV的新共振，而且发展了新的理论外推方法（蓝点），大大减小了系统误差。该工作确定的反应率去除了由12C(12C,n)23Mg误差带来的对模型的影响，帮助天体物理学家更精确地预言了第一代恒星灰烬的元素丰度分布，为寻找第一代恒星的印记提供了坚实的基础。