Как ядерные изомеры выдают себя гамма-вспышками экспресс
Столкновение двух нейтронных звёзд — это космическая кузница, где за секунды выковываются самые тяжёлые элементы таблицы Менделеева. В 2017 году детекторы уловили гравитационные волны от такого слияния, а телескопы увидели вспышку — килоновую. Её свечение питается распадом нестабильных ядер, рождённых в быстром захвате нейтронов (r-процессе). Но у этой кузницы есть тихие помощники, которых раньше не замечали.
Речь о ядерных изомерах — состояниях, в которых ядро застревает на время от долей секунды до часов, прежде чем сбросить энергию и перейти в основное состояние. В привычных расчётах их не учитывали: считалось, что после бета-распада дочернее ядро мгновенно успокаивается. Авторы работы впервые проследили за поведением нескольких изомеров как за самостоятельными участниками реакции. Они рассчитали, как температура влияет на переходы между изомерным и основным состоянием, и как бета-распад заселяет разные уровни ядра.
Оказалось, что две линии могут быть достаточно яркими, чтобы их заметили гамма-обсерватории вроде COSI, AMEGO или LOX — если взрыв произошёл в нашей Галактике. Это линия 743,3 кэВ от изомера ниобия-97 и линия 555,6 кэВ от иттрия-91. Пока расчёт сделан лишь для малой доли известных изомеров, но уже ясно: без них картина гамма-неба после слияния будет неполной. Космическая кузница работает тоньше, чем мы думали, и теперь у нас есть шанс услышать её тихие сигналы.
Некоторые ядерные изомеры живут так долго, что их можно хранить в лаборатории годами — например, изомер гафния-178 имеет период полураспада 31 год.
В романе «Ложная слепота» Питера Уоттса инопланетные зонды используют гамма-всплески для связи — возможно, изомерные линии когда-нибудь помогут нам расшифровать космические послания.