Już niedługo Polacy sprawią, że laboratoryjne źródło promieniowania gamma będzie jeszcze silniejsze. Te zmiany mają pomóc w lepszym zrozumieniu procesów zachodzących wewnątrz gwiazd
Za dwa lata fizycy prawdopodobnie dokonają czegoś, co pozwoli nam jeszcze lepiej poznać procesy astrofizyczne związane z powstawaniem tlenu. Będzie to możliwe dzięki nowym eksperymentom laboratoryjnym. W laboratorium nie uda się odtworzyć procesów, które normalnie zachodzą w gwiazdach, a więc tam, gdzie normalnie ma miejsce powstawanie tlenu w przyrodzie, ale być może uda im się zbadać to dzięki aparaturze, którą skonstruują.
Tlen jest pierwiastkiem niezbędnym do życia na Ziemi. Powstał w reakcjach termojądrowych we wnętrzach gwiazd, a potem z powodu wiatrów gwiazdowych i wybuchów supernowych rozprzestrzenił się wśród materii międzygwiazdowej, z której kilka miliardów lat temu powstało Słońce wraz z Ziemią i Układem Słonecznym. Gdy gwiazda w swoim wnętrzu przemieni większość wodoru w hel, to właśnie hel staje się głównym „paliwem” w dalszych reakcjach termojądrowych. Gdy połączą się trzy jądra helu, może powstać jądro węgla, a gdy dołączy do niego kolejne jądro helu, powstaje jądro tlenu i emitowane jest promieniowanie gamma.
Gwiazdy również potrzebują czasu do tego, aby ewoluować. Na początku następuje bowiem przekształcenie wodoru w hel, później wspomniany hel zamienia się w węgiel, tlen i azot, a w kolejnych etapach możliwe jest powstanie jaszcze bardziej masywnych pierwiastków. Tlen powstaje natomiast z węgla w momencie, gdy spala się hel. Zgodnie z teorią ta produkcja tlenu mogłaby zachodzić nieco szybciej, np. wtedy, gdy gwiazda nie miałaby już helu i musiałaby przejść do kolejnego etapu swojej ewolucji. W takiej sytuacji proporcje pomiędzy ilością węgla i tlenu byłyby inne.
Kwestie te chcą zbadać naukowcy z Uniwersytetu Warszawskiego i innych instytutów z międzynarodowego konsorcjum ELI-NP (Extreme Light Infrastructure – Nuclear Physics). Nie wytworzą jednak warunków panujących we wnętrzu gwiazdy, czyli reakcji termojądrowej przekształcającej węgiel w tlen i fotony gamma. Zamiast tego będą starali się zaobserwować reakcję odwrotną: zderzenie fotonów o dużej energii z jądrem tlenu i rozpad tegoż na jądra węgla i helu. Dobre poznanie tego mechanizmu pozwoli ulepszyć istniejące modele teoretyczne syntezy termojądrowej.
Cały eksperyment będzie miał miejsce w Rumunii, w ośrodku ELI-NP. W tym celu powstaje detektor eTPC, który przygotowują Polacy. Już teraz wykonali oni jego pierwsze testy. Głównym elementem detektora jest komora wypełniona gazem zawierającym dużo jąder tlenu (przykładowo może to być dwutlenek węgla). Taki gaz pełni rolę tarczy, przez którą będzie przenikać wiązka promieniowania gamma. Niektóre fotony gamma zderzą się z jądrami tlenu i wytworzą jądra węgla i helu. Powstałe w ten sposób cząstki będą naładowane elektrycznie i zjonizują gaz. Za pomocą pola elektrycznego, odpowiednich elektrod detekcyjnych i specjalistycznych procesorów FPGA naukowcy chcą odtworzyć tory lotów cząstek w przestrzeni. Według przewidywań, będzie można codziennie rejestrować do 70 zderzeń fotonów z jądrami tlenu.
Źródło: www.naukawpolsce.pap.pl
