近日，由原子能院核物理研究所實驗核天體物理創(chuàng)新團隊開展的“關(guān)于核心塌縮型超新星的中微子過程對太陽系p-過程核74Se豐度影響的研究”取得重要突破。研究發(fā)現(xiàn)，太陽系中的74Se可能來源于超新星爆發(fā)過程中的74Ge(νe, e-)74As和74Ge(p, n)74As(砷)反應(yīng)，這為解釋太陽系74Se(硒)豐度作出重要貢獻。該研究成果被國際知名期刊《The Astrophysical Journal》(美國《天體物理學(xué)雜志》)接收發(fā)表，論文作者為原子能院核物理研究所李志宏研究員和宋娜博士。

宇宙中重元素的起源一直是核天體物理中極為重要的科學(xué)問題之一，被美國《發(fā)現(xiàn)》雜志列為當(dāng)代物理學(xué)的11個未解之謎之一。通常，大多數(shù)比鐵重的核素可由快中子俘獲過程或慢中子俘獲過程來解釋，然而有35個豐質(zhì)子核卻不能通過中子俘獲過程產(chǎn)生，其中對于最輕的核74Se來說，無論是模型計算還是實驗測量，都無法合理解釋其在太陽系中的豐度。

超新星爆發(fā)時產(chǎn)生的中微子沖擊波與外層物質(zhì)作用示意圖

作為推動大質(zhì)量恒星走向死亡的“謝幕儀式”，核心塌縮型超新星爆發(fā)過程可產(chǎn)生極其強大的中微子沖擊波，這些高通量的中微子在向外噴發(fā)時會與恒星外層物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，能改變外層物質(zhì)的元素豐度。而通過中微子核反應(yīng)74Ge(νe, e-)74As產(chǎn)生的74As，有34%的概率衰變?yōu)?4Se，或許可成為解釋太陽系74Se來源的一種途徑。

2020年10月以來，在李志宏研究員的指導(dǎo)下，宋娜開始研究核心塌縮型超新星的中微子過程對74Se豐度的影響。他們分別利用理論和實驗得到的躍遷強度，計算了中微子核反應(yīng)74Ge(νe, e-)74As的反應(yīng)截面，并結(jié)合核心塌縮型超新星的爆發(fā)機制，進一步得出“中微子核反應(yīng)貢獻的74Se僅占太陽系74Se的36%”的計算結(jié)果。為了解釋所有74Se的來源，他們發(fā)現(xiàn)中微子沖擊波產(chǎn)生的高溫也能觸發(fā)光核反應(yīng)，并生成大量質(zhì)子，當(dāng)質(zhì)子密度達(dá)到一定條件時，會誘發(fā)74Ge(p, n)74As反應(yīng)，產(chǎn)生足夠多的74As，并影響74Se的最終豐度，進而彌補了僅由中微子核反應(yīng)貢獻74Se的占比不足。

本項工作得到了國家基金委重大項目和財政部穩(wěn)定支持等項目的資助。