Pristupačnost
U časopisu Nature Communications objavljen je rad Ante Ravlića, Tamare Nikšić i Nilsa Paara sa Fizičkog odsjeka Prirodoslovno-matematičkog fakulteta Sveučilišta u Zagrebu, u suradnji sa Esrom Yuksel sa University of Surrey u Velikoj Britaniji. U istraživanju su po prvi puta uspostavljene granice nuklearnog vezanja (linije kapanja) na konačnim temperaturama i istražena svojstva vrućih jezgara karakterističnim u ekstremnim okruženjima kao što su supernove i sudari neutronskih zvijezda, od velike važnosti za razumijevanje evolucije zvijezda i nastanka kemijskih elemenata u svemiru.
Glavni rezultat rada je da su po prvi puta otkrivene granice vezanja u karti nuklida (linije kapanja) u uvjetima konačne temperature, karakterističnim za vruća zvjezdana okruženja, i postignuto je intuitivno neočekivano otkriće, da postoji više jezgara unutar linije kapanja za vruće jezgre, nego za hladne jezgre. Dobiveni rezultati postignuti su uvođenjem novog mikroskopskog modela temeljenog na relativističkoj teoriji energetskog funkcionala gustoće.
Temeljni cilj rada bio je otkriti kako se nuklearna karta i njene granice – linije kapanja – razvijaju s porastom temperature, s obzirom da su jezgre koje sudjeluju u većini procesa u svemiru vruće. Stoga je bitno znati koliko protona i neutrona može biti povezano u vrućem okruženju u svemiru. Cilj je razumjeti koje jezgre mogu doprinijeti nuklearnim reakcijama i procesima, posebno u ekstremno vrućim uvjetima kao kod supernove i spajanja neutronskih zvijezda, gdje se smatra da je proizvedena većina kemijskih elemenata težih od željeza. Prije ovog istraživanja, linije nuklearnog kapanja na konačnim temperaturama nisu bile poznate, uz nedovoljno poznavanje svojstava jezgara u vrućem okruženju zvijezda.
Značajan napredak u znanstvenoj metodologiji predstavljen u ovom radu je novi mikroskopski teorijski okvir temeljen na relativističkom energetskom funkcionalu gustoće koji uključuje efekte konačne temperature i postupak oduzimanja kontinuuma čestica kako bi se uzeli u obzir nukleoni koji počinju isparavati kada se jezgra zagrije. Ovaj pristup omogućio je provođenje prvog globalnog istraživanja utjecaja temperature na granice karte nuklida, uz duboko razumijevanje prirode jezgara na konačnoj temperaturi. Kao rezultat toga, pokazano je da se broj vezanih jezgara značajno mijenja s porastom temperature. Intuitivno bi se očekivalo da kako se jezgre zagrijavaju, one postaju manje stabilne, a broj vezanih jezgara se smanjuje. Međutim, u ovom radu je raspravljeno neočekivano otkriće da se broj vezanih jezgara povećava s porastom temperature.
Ovaj je rad od velikog interesa za širu znanstvenu zajednicu, uključujući astrofizičare koji rade na simulacijama evolucije zvijezda i eksplozije supernove, koji ovise o procesima s vrućim jezgrama. Jedno od ključnih pitanja fizike u ovom stoljeću, koje opsežno prodire u druga područja istraživanja, jest: "Kako nastaju elementi teži od željeza u svemiru?". Ovaj rad razotkriva prirodu vrućih jezgara i granice njihova postojanja, posebice relevantne za procese u spajanju neutronskih zvijezda koji su nedavno dobili veliku pozornost, zbog otkrića njihovog signala gravitacijskih valova i praćenja kozmičkog podrijetla zlata i drugih težih elemenata.
Rad je dostupan na poveznici: https://doi.org/10.1038/s41467-023-40613-2
Ante Ravlić, Esra Yuksel, Tamara Nikšić, Nils Paar, Expanding the limits of nuclear stability at
finite temperature, Nature Communications 14, 4834 (2023).
