PRECISE - Produktion von radioaktivem Si-32 in Sternen und stellaren Explosionen

• Antragsteller: Professor Dr. Rene Reifarth, seit 9/2019
• Fachliche Zuordnung: Kern- und Elementarteilchenphysik, Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Felder ; Astrophysik und Astronomie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 414982478

Dieses Projekt PRECISE beschäftigt sich mit der Entstehung der chemischen Elemente in Sternen und stellaren Explosionen. Besonderer Schwerpunkt liegt dabei auf astrophysikalischen Szenarien, in denen moderate Neutronendichten vorkommen. Deren Relevanz für die Elementsynthese ist erst in den letzten Jahren durch Modelle unterstrichen worden.Konkret sollen in diesem Projekt nukleare Prozesse untersucht und eine Methode zur Extraktion von wichtigen kernphysikalischen Wirkungsquerschnitten neutronen-induzierter Reaktionen weiterentwickelt werden. Neutroneneinfänge sind die dominanten Reaktionen, die zur Synthese der schweren Elemente beitragen. Dabei sind zwei wichtige Prozesse bekannt und werden seit langer Zeit detailliert untersucht: der s-Prozess, der bei geringen Neutronendichten nahe den stabilen Isotopen abläuft, sowie der r-Prozess bei sehr hohen Neutronendichten und kurzen Zeitskalen. In beiden Prozessen werden freie Neutronen in verschiedenen stellaren Umgebungen von vorhandenen Saatisotopen eingefangen. Dabei entsteht ein Isotop mit erhöhter Massenzahl. Ist dies radioaktiv, zerfällt es durch den beta-Zerfall zu einem neuen, schwereren chemischen Element. Neue Beobachtungen von sehr alten Sternen und auf präsolaren Körnchen, die weit vor der Bildung unseres Sonnensystems in Sternen und Sternexplosionen geformt und dann in Meteoriten über Millionen von Jahren transportiert werden, zeigen jedoch, dass die beiden Prozesse nicht ausreichend sind, um die dort gemessenen Elementhäufigkeitsverteilungen zu interpretieren. Es zeigt sich, dass stellare Umgebungen mit moderaten Neutronendichten, die zwischen dem s- und dem r-Prozess liegen, eine wesentliche Rolle spielen. Werden diese Umgebungen in die Modelle integriert, können die abweichenden Beobachtungen erklärt werden. Den, auch in erst kürzlich durchgeführten und aufwendigen 3D Simulationen gefundenen Nukleosyntheseprozess, nennt man i-Prozess (intermediate neutron capture process). Gewisse präsolare Körnchen tragen dabei einen weiteren besonderen Fingerabdruck dieser Prozesse: sie stammen aus Kernkollaps-Supernova Explosionen und eröffnen die einmalige Möglichkeit, von einer genau definierten Stelle im Stern bei der Explosion Daten zu erhalten. Dies ist äußert wichtig für Kernkollaps-Supernova Modelle. Besonders wird dabei das radioaktive Si-32 produziert, welches nach ca. 150 Jahren zu S-32 zerfällt, was man dominant auf den präsolaren Körnchen gefunden hat. Bisherige Modelle jedoch sind zu ungenau, um relevante Daten zu extrahieren: der Neutroneneinfangs-Wirkungsquerschnitt von Si-32 ist kernphysikalisch nicht bestimmt und weicht innerhalb verschiedener theoretischer Vorhersagen um einen Faktor 100 ab. Dies ist zu ungenau und soll daher im Rahmen dieses Projekts mit der erweiterten Messmethodik gemessen werden. Dies wird Kernkollaps-Supernova und i-Prozess Modelle bedeutend verbessern und deren Aussagefähigkeit erhöhen. Zudem kann diese Methode dann für weitere Isotope verwendet werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemaliger Antragsteller: Professor Dr. Christoph Langer, bis 8/2019