ストロンチウムの宇宙生成過程を解明する手掛かり(Unlocking the cosmic recipe for strontium)

2026-09-17 アルゴンヌ国立研究所(ANL)

米国アルゴンヌ国立研究所(Argonne National Laboratory)などの国際研究チームは、恒星内で元素ストロンチウムがどのように生成されるかを説明する鍵となる、クリプトン88の中性子捕獲反応を実験的に調べた。研究では、ArgonneのATLAS加速器にFRIBのSuN検出器を設置し、クリプトン89から放出されるガンマ線を測定する間接的手法によって、従来直接測定が困難だったクリプトン88の中性子捕獲率を推定した。その結果、捕獲率の不確実性を従来の少なくとも8倍から約3倍まで縮小し、理論予測より一貫して低いことを確認した。この値を恒星元素合成モデルの一つであるi過程に組み込むと、ストロンチウムの生成量が増加し、古い恒星で観測される存在量とより整合した。研究は、実験核物理学と恒星物理学を結び付け、元素の起源を解明する新たな核データを提供した。

ストロンチウムの宇宙生成過程を解明する手掛かり(Unlocking the cosmic recipe for strontium)
An international research team is reporting on the first experimental investigation of a nuclear reaction to understand the production of strontium in stars. (Image by Facility for Rare Isotope Beams.)

<関連情報>

ストロンチウムの元素合成における中性子捕獲反応の影響 Influence of neutron-capture reactions on the nucleosynthesis of strontium

Caley M. Harris, Artemis Spyrou, Pavel Denissenkov, Falk Herwig, Andrea L. Richard, Sivahami Uthayakumaar, Dennis Muecher, Hannah C. Berg, Paul DeYoung, Alexander C. Dombos, Beau Greaves, Ann-Cecilie Larsen, Sean N. Liddick, Stephanie M. Lyons, Gerald Owens-Fryar, Alicia Palmisano-Kyle, Georgios Perdikakis, Daniel Santiago-Gonzalez, Guy Savard, Sunniva Siem, Mallory K. Smith, William W. VonSeeger & Mathis Wiedeking
Communications Physics  Published:08 June 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s42005-026-02713-5

Abstract

The astrophysical intermediate neutron-capture process (i process) has been reinvoked in recent years to describe stellar observations that cannot be explained by the traditional nucleosynthesis processes. Despite its success, significant uncertainties still remain including the exact astrophysical conditions and site, as well as the nuclear physics input. Available i-process models strongly underproduce the abundance of strontium (Sr) compared to observational data, while successfully describing neighboring elements, like yttrium (Y) and zirconium (Zr). This discrepancy has been attributed to nuclear physics uncertainties, specifically to the unconstrained reaction rate of the neutron-capture on the isotope krypton-88. Here we present an experimental investigation of this reaction and show that our result provides a possible solution to the aforementioned Sr underproduction in i-process models.

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