原子能院研究成果为解释太阳系硒-74丰度作出贡献

近日，由原子能院核物理研究所实验核天体物理创新团队开展的“关于核心塌缩型超新星的中微子过程对太阳系p-过程核74Se丰度影响的研究”取得重要突破。研究发现，太阳系中的74Se可能来源于超新星爆发过程中的74Ge(νe, e-)74As和74Ge(p, n)74As(砷)反应，这为解释太阳系74Se(硒)丰度作出重要贡献。该研究成果被国际知名期刊《The Astrophysical Journal》(美国《天体物理学杂志》)接收发表，论文作者为原子能院核物理研究所李志宏研究员和宋娜博士。

宇宙中重元素的起源一直是核天体物理中极为重要的科学问题之一，被美国《发现》杂志列为当代物理学的11个未解之谜之一。通常，大多数比铁重的核素可由快中子俘获过程或慢中子俘获过程来解释，然而有35个丰质子核却不能通过中子俘获过程产生，其中对于最轻的核74Se来说，无论是模型计算还是实验测量，都无法合理解释其在太阳系中的丰度。

超新星爆发时产生的中微子冲击波与外层物质作用示意图

作为推动大质量恒星走向死亡的“谢幕仪式”，核心塌缩型超新星爆发过程可产生极其强大的中微子冲击波，这些高通量的中微子在向外喷发时会与恒星外层物质发生反应，能改变外层物质的元素丰度。而通过中微子核反应74Ge(νe, e-)74As产生的74As，有34%的概率衰变为74Se，或许可成为解释太阳系74Se来源的一种途径。

2020年10月以来，在李志宏研究员的指导下，宋娜开始研究核心塌缩型超新星的中微子过程对74Se丰度的影响。他们分别利用理论和实验得到的跃迁强度，计算了中微子核反应74Ge(νe, e-)74As的反应截面，并结合核心塌缩型超新星的爆发机制，进一步得出“中微子核反应贡献的74Se仅占太阳系74Se的36%”的计算结果。为了解释所有74Se的来源，他们发现中微子冲击波产生的高温也能触发光核反应，并生成大量质子，当质子密度达到一定条件时，会诱发74Ge(p, n)74As反应，产生足够多的74As，并影响74Se的最终丰度，进而弥补了仅由中微子核反应贡献74Se的占比不足。

本项工作得到了国家基金委重大项目和财政部稳定支持等项目的资助。