News in English


Новости сегодня на DirectAdvert

Новости сегодня от Adwile

Актуальные новости сегодня от

Опубликовать свою новость бесплатно - сейчас

Element creation in the lab deepens understanding of surface explosions on neutron stars

Oak Ridge TN (SPX) May 25, 2023 - Led by Kelly Chipps of the Department of Energy's Oak Ridge National Laboratory, scientists working in the lab have produced a signature nuclear reaction that occurs on the surface of a neutron star gobbling mass from a companion star. Their achievement improves understanding of stellar processes generating diverse nuclear isotopes.

"Neutron stars are really fascinating from the points of view of both nuclear physics and astrophysics," said ORNL nuclear astrophysicist Kelly Chipps, who led a study published in Physical Review Letters. "A deeper understanding of their dynamics may help reveal the cosmic recipes of elements in everything from people to planets."

Chipps heads the Jet Experiments in Nuclear Structure and Astrophysics, or JENSA, which has collaborators from nine institutions in three countries. The team uses a unique gas jet target system, which produces the world's highest-density helium jet for accelerator experiments, to understand nuclear reactions that proceed with the same physics on Earth as in outer space.

The process of nucleosynthesis creates new atomic nuclei. One element can turn into another when protons or neutrons are captured, exchanged or expelled.

A neutron star has an immense gravitational pull that can capture hydrogen and helium from a nearby star. The material amasses on the neutron star surface until it ignites in repeated explosions that create new chemical elements.

Many nuclear reactions powering the explosions remain unstudied. Now, JENSA collaborators have produced one of these signature nuclear reactions in a lab at Michigan State University. It directly constrains the theoretical model typically used to predict element formation and improves understanding of the stellar dynamics that generate isotopes.

Built at ORNL and now at the Facility for Rare Isotope Beams, a DOE Office of Science user facility that MSU operates, the JENSA system provides a target of lightweight gas that is dense, pure and localized within a couple millimeters. JENSA will also provide the primary target for the Separator for Capture Reactions, or SECAR, a detector system at FRIB that allows experimental nuclear astrophysicists to directly measure the reactions that power exploding stars. Co-author Michael Smith of ORNL and Chipps are members of SECAR's project team.

For the current experiment, the scientists struck a target of alpha particles (helium-4 nuclei) with a beam of argon-34. (The number after an isotope indicates its total number of protons and neutrons.) The result of that fusion produced calcium-38 nuclei, which have 20 protons and 18 neutrons. Because those nuclei were excited, they ejected protons and ended up as potassium-37 nuclei.

High-resolution charged-particle detectors surrounding the gas jet precisely measured energies and angles of the proton reaction products. The measurement took advantage of detectors and electronics developed at ORNL under the leadership of nuclear physicist Steven Pain. Accounting for the conservation of energy and momentum, the physicists back-calculated to discover the dynamics of the reaction.

"Not only do we know how many reactions occurred, but also we know the specific energy that the final potassium-37nucleus ended up in, which is one of the components predicted by the theoretical model," Chipps said.

The lab experiment improves understanding of nuclear reactions that occur when material falls onto the surface of an important subset of neutron stars. These stars are born when a massive star runs out of fuel and collapses into a sphere about as wide as a city such as Atlanta, Georgia. Then gravity squeezes fundamental particles as close together as they can get, creating the densest matter we can directly observe. One teaspoon of neutron star would weigh as much as a mountain. Neutron-packed stars rotate faster than blender blades and make the universe's strongest magnets. They have solid crusts surrounding liquid cores containing material shaped like spaghetti or lasagna noodles, earning them the nickname "nuclear pasta."

"Because neutron stars are so weird, they are a useful naturally occurring laboratory to test how neutron matter behaves under extreme conditions," Chipps said.

Achieving that understanding takes teamwork. Astronomers observe the star and collect data. Theoreticians try to understand physics inside the star. Nuclear physicists measure nuclear reactions in the lab and test them against models and simulations. That analysis reduces large uncertainties resulting from a dearth of experimental data. "When you put all of those things together, you really start to understand what's happening," Chipps said.

"Because the neutron star is superdense, its huge gravity can pull hydrogen and helium over from a companion star. As this material falls to the surface, the density and temperature grow so high that a thermonuclear explosion can occur that can propagate across the surface," Chipps said. Thermonuclear runaway transforms nuclei into heavier elements. "The reaction sequence can produce dozens of elements."

Surface explosions do not destroy the neutron star, which goes right back to what it was doing before: feeding off its companion and exploding. Repeated explosions pull crust material into the mix, creating a bizarre composition in which heavy elements formed during previous explosions react with lightweight hydrogen and helium.

Theoretical models predict which elements form. Scientists typically analyze the reaction that the JENSA team measured using a statistical theoretical model called the Hauser-Feshbach formalism, which assumes that a continuum of excited energy levels of a nucleus can participate in a reaction. Other models instead assume that only a single energy level participates.

"We're testing the transition between the statistical model being valid or invalid," Chipps said. "We want to understand where that transition happens. Because Hauser-Feshbach is a statistical formalism - it relies on having a large number of energy levels so effects over each individual level are averaged out - we're looking for where that assumption starts to break down. For nuclei like magnesium-22 and argon-34, there's an expectation that the nucleus doesn't have enough levels for this averaging approach to be valid. We wanted to test that."

A question remained about whether the statistical model was valid for such reactions taking place in stars rather than earthly laboratories. "Our result has shown that the statistical model is valid for this particular reaction, and that removes a tremendous uncertainty from our understanding of neutron stars," Chipps said. "It means that we now have a better grasp of how those nuclear reactions are proceeding."

Next, the researchers will try to improve the statistical model by further testing its limits. A past paper explored atomic mass 22, a magnesium nucleus, and found the model incorrect by almost a factor of 10. The current ORNL-led paper, probing 12 atomic mass units above this, found that the model correctly predicted reaction rates.

"Somewhere between [atomic] mass 20 and 30, this transition between where the statistical model is valid and where it's not valid is taking place," Chipps said. "The next thing is to look for reactions in the middle of that range to see where this transition is occurring." Chipps and her JENSA collaborators have begun that endeavor.

The title of the paper is "First direct measurement of the 34Ar(a,p)37K reaction cross section for mixed hydrogen and helium burning in accreting neutron stars."

DOE's Office of Science, the National Science Foundation and ORNL's Laboratory Directed Research and Development program supported the work.

Research Report:First Direct Measurement Constraining the 34 Ar ( a , p ) 37 K Reaction Cross Section for Mixed Hydrogen and Helium Burning in Accreting Neutron Stars

Читайте на

Другие проекты от


В июне авиакомпания «РусЛайн» вводит дополнительные рейсы из Архангельска в Санкт-Петербург и Нарьян-Мар


Нагорный Карабах – цена аналитики от МИД РФ: Михаил Александров

Українські новини

У Миколаївській області пройшов Міжнародний форум «Продовольча безпека України в умовах післявоєнного відновлення: глобальні та національні виміри»

Новости 24 часа

Нагорный Карабах – цена аналитики от МИД РФ: Михаил Александров

Game News

Marvel Snap стала инновационной игрой на WWDC 2023


Нагорный Карабах – цена аналитики от МИД РФ: Михаил Александров

News Every Day

Rita Ora reveals her rock hard abs as she pumps iron in cycling shorts and sports bra


«Байкал Сервис» в Ижевске переезжает в новый терминал площадью более 2 000 кв. м.


Беременная мошенница убедила бывшего контр-адмирала Генштаба СССР передать ей 1,6 млн рублей


Тигр чуть не кинулся на певца Shaman после концерта в Кирове


Производство низковольтных комплексных устройств в Воскресенске получило землю по программе импортозамещения

Карен Хачанов

Теннисист Хачанов заявил, что едет домой после "Ролан Гаррос" с достигнутой целью


Митинг у посольства Армении в Грузии: Заявления о Нагорном Карабахе (Арцахе) в составе Азербайджана являются предательством. Фото. Видео

Владимир Путин

Кабмин рассмотрит поручения Путина, касающиеся такси и каршеринга


Новый солист группы «Парк Горького» Сергей Арутюнов и автор суперхита «Moscow Calling» Алексей Белов впервые перевыпустили его на русском языке. Песня приобрела свой истинный патриотичный смысл.


Адвокат Бишенов Алим Султанович кинул своих сотрудников на 4 миллиона и продолжает набирать новые кадры


Собянин: Все дома по программе реновации строятся с учетом безбарьерной среды


В связи с Международным днём русского языка в Степанакерте состоялся конкурс чтецов. Фоторяд

Другие популярные новости дня сегодня — быстрее, чем Я..., самые свежие и актуальные новости Вашего города — каждый день, каждый час с ежеминутным обновлением! Мгновенная публикация на языке оригинала, без модерации и без купюр в разделе Пользователи сайта

Как добавить свои новости в наши трансляции? Очень просто. Достаточно отправить заявку на наш электронный адрес с указанием адреса Вашей ленты новостей в формате RSS или подать заявку на включение Вашего сайта в наш каталог через форму. После модерации заявки в течении 24 часов Ваша лента новостей начнёт транслироваться в разделе Вашего города. Все новости в нашей ленте новостей отсортированы поминутно по времени публикации, которое указано напротив каждой новости справа также как и прямая ссылка на источник информации. Если у Вас есть интересные фото Вашего города или других населённых пунктов Вашего региона мы также готовы опубликовать их в разделе Вашего города в нашем каталоге региональных сайтов, который на сегодняшний день является самым большим региональным ресурсом, охватывающим все города не только России и Украины, но ещё и Белоруссии и Абхазии. Прислать фото можно здесь. Оперативно разместить свою новость в Вашем городе можно самостоятельно через форму.

Новости 24/7 Все города России


Топ 10 новостей последнего часа

Персональные новости — ежедневник главных новостей Вашего города и Вашего региона. - новости в деталях, свежий, незамыленный образ событий дня, аналитика минувших событий, прогнозы на будущее и непредвзятый взгляд на настоящее, как всегда, оперативно, честно, без купюр и цензуры каждый час, семь дней в неделю, 24 часа в сутки. Ещё больше местных городских новостей Вашего города — на порталах и Полная лента региональных новостей на этот час — здесь. Самые свежие и популярные публикации событий в России и в мире сегодня - в ТОП-100 и на сайте С 2017 года проект стал мультиязычным и расширил свою аудиторию в мировом пространстве. Теперь нас читает не только русскоязычная аудитория и жители бывшего СССР, но и весь современный мир. - мир новостей без границ и цензуры в режиме реального времени. Каждую минуту - 123 самые горячие новости из городов и регионов. С нами Вы никогда не пропустите главное. А самым главным во все века остаётся "время" - наше и Ваше (у каждого - оно своё). Время - бесценно! Берегите и цените время. Здесь и сейчас — знакомства на . Разместить свою новость локально в любом городе (и даже, на любом языке мира) можно ежесекундно (совершенно бесплатно) с мгновенной публикацией (без цензуры и модерации) самостоятельно - здесь.



Экология в России и мире

Зеленое единство России - 100 000 деревьев для будущего

Путин в России и мире

В Кремле заявили о готовности вести диалог с США о ядерном вооружении

Лукашенко в Беларуси и мире

Лукашенко собрал совещание по вопросам вступительной кампании

123ru.netмеждународная интерактивная информационная сеть (ежеминутные новости с ежедневным интелектуальным архивом). Только у нас — все главные новости дня без политической цензуры. "123 Новости" — абсолютно все точки зрения, трезвая аналитика, цивилизованные споры и обсуждения без взаимных обвинений и оскорблений. Помните, что не у всех точка зрения совпадает с Вашей. Уважайте мнение других, даже если Вы отстаиваете свой взгляд и свою позицию. — облегчённая версия старейшего обозревателя новостей

Мы не навязываем Вам своё видение, мы даём Вам объективный срез событий дня без цензуры и без купюр. Новости, какие они есть — онлайн (с поминутным архивом по всем городам и регионам России, Украины, Белоруссии и Абхазии). — живые новости в прямом эфире!

В любую минуту Вы можете добавить свою новость мгновенно — здесь.

Зеленский в Украине и мире

Зеленский посланнику Папы Римского: Киев рассматривает только свой «мирный план»

Навальный в России и мире

Здоровье в России и мире

Частные объявления в Вашем городе, в Вашем регионе и в России



Игорь Бутман

Известный музыкант Игорь Бутман заявил о хороших перспективах молодого поколения российского джаза


СМИ: Против дочери Пореченкова возбудили уголовное дело по факту ДТП, в результате которого пострадал подросток


Информационные партнёры