В недрах массивной звезды два ядра углерода сталкиваются и слипаются в одно ядро магния. От этого процесса зависит, как быстро звезда сжигает своё топливо и какие химические элементы она успевает создать. Но точно рассчитать такое слияние на бумаге оказалось невероятно трудно: ядра — не бильярдные шары, а квантовые системы, которые могут перестраиваться множеством способов.
Новая работа предлагает модель, где ядра углерода могут сливаться напрямую или через промежуточный этап: сначала от одного ядра откалывается маленький кусочек (альфа-частица), а остаток соединяется с другим ядром. Это как если бы два танцора могли исполнить поддержку двумя разными способами — прыжком или через подъём. Учёт обоих путей сразу впервые позволил одновременно объяснить и эксперименты по рассеянию ядер, и данные по слиянию.
Модель также предсказывает, что в ядре магния, рождающемся при слиянии, нет чистых «молекулярных» состояний, где два углеродных ядра кружились бы друг вокруг друга, как планеты. Вместо этого всё перемешано: ядро магния напоминает котёл с бурлящей кашей, где невозможно выделить исходные ингредиенты.
Это только первый шаг. В будущем авторы планируют добавить каналы с испусканием протонов и нейтронов, чтобы модель работала при ещё более высоких температурах — в самых горячих недрах звёзд. Тогда мы сможем точнее узнать, сколько углерода, кислорода и других элементов рождается во Вселенной.
как её написали авторы, на английском arXiv:2602.22763
I present a fully microscopic description of the 12C+12C fusion reaction at stellar energies. Utilizing the multichannel Resonating Group Method (RGM), my model explicitly includes 12C+12C and alpha+20Ne reaction channels (with excited states). This approach provides a consistent, simultaneous, description of fusion, elastic scattering, and 24Mg spectroscopy. Results for 12C+12C elastic scattering show excellent agreement with experimental data, significantly improving the single-channel approximations. Spectroscopic analysis reveals that 24Mg states and resonances are highly mixed configurations, contradicting the concept of pure "molecular states." The calculated fusion S-factor is consistent with available experimental data and predicts both narrow and broad resonances near the Coulomb barrier. Main resonance widths originate primarily from the alpha+20Ne exit channels. The S-factor exhibits a decrease at low energies, providing a microscopic support for the hypothesis of fusion hindrance. This work is a first step towards a reliable theoretical extrapolation of the 12C+12C reaction to deep stellar burning temperatures. Future works should include the neutron and proton channels to provide a complete description of the 12C+12C fusion.
Ядро углерода-12 состоит из 6 протонов и 6 нейтронов, а ядро магния-24 — из 12 протонов и 12 нейтронов. То есть при слиянии двух ядер углерода получается ровно вдвое больше частиц, но с другими свойствами.