【锦屏深地核天体物理实验揭示古老恒星钙丰度之谜】中国科学报：中国锦屏地下实验室（CJPL），是目前世界上最深的地下实验室，垂直岩石覆盖达2400米，可将宇宙射线通量降到地面水平的千万分之一至亿分之一。在这里，北师大核科学与技术学院的科研团队，取得了一系列世界领先的原创性成果，实现了国际核天体物理直接测量的最大曝光量、最宽能量范围、最高灵敏度和最低本底环境。
北京师范大学教授何建军团队经过几年艰苦攻关，成功研制出目前耐辐照能力最强的氟注入靶，解决了“卡脖子”的关键技术问题，并在锦屏深地直接测量了天体关键核反应截面，揭示了古老恒星钙元素的丰度之谜。近日，相关成果刊发于《自然》杂志。
论文第一通讯作者何建军告诉《中国科学报》，锦屏深地所需的束流强度比之前地面实验所用的要强100倍左右，因此，之前利用传统方法制作的靶根本无法满足锦屏深地的实验需求，此次研制的注入靶解决了这一关键技术问题，为锦屏深地实验的成功奠定了坚实的基础并积累了宝贵的经验。
2014年，澳大利亚天文学家利用望远镜观测到了一颗宇宙中迄今最古老的红巨星，仅观测到锂、碳、镁和钙元素，但没有观测到铁元素，因此称其为极贫金属星（编号SMSS0313-6708）。它诞生于大爆炸后一亿年左右，由第一代星的超新星爆发形成的星云组成。然而，它的钙元素起源问题至今仍然是一个谜。
天体理论认为，这些钙元素可能来源于碳氮氧循环的突破反应。但是，氟辐射俘获质子的突破反应在天体物理感兴趣的能区尚无实验数据，导致当前恒星演化模型难以解释天文观测数据。对于第一代星典型温度（约为1亿摄氏度）环境下发生的热核反应，其有效伽莫夫能量远低于库仑势垒，反应截面极低。在地面实验室由于宇宙射线本底的干扰，人们一直无法对该反应进行伽莫夫能区的直接测量。
团队于2021年初，利用锦屏深地核天体物理装置(JUNA)提供的强流质子束成功将该氟俘获质子的突破反应从之前的240千电子伏特一直向下推进至186千电子伏特，触碰到了第一代星感兴趣的伽莫夫能区，并幸运地在225千电子伏特发现了一个新的共振。
在第一代星最感兴趣的一亿摄氏度温度附近，新共振的发现使得该突破反应的反应率比之前NACRE数据库中的推荐值大了5.4~7.4倍，并且将之前该温度附近的反应率不确定度从几个数量级缩小至50%左右，极大地降低了该反应率在天体网络计算中所引起的误差。
同时，与天体物理学家合作，研究了新反应率在第一代星中的影响，计算表明该反应从碳氮氧循环突破出去的概率比之前预想的要大7倍左右，解释了第三星族恒星SMSS0313-6708中观测到的钙丰度问题。
更具有深远意义的是，新的反应率数据强有力地支持了第一代星的弱超新星爆模型，排除了其他天体模型的可能性。另外，在一千万摄氏度的温度环境下，新反应率比之前推荐的要大200倍左右，因此对于低温环境下的恒星演化必将产生重要的影响，等待人们开展进一步的研究。毫无疑问，本工作将为詹姆斯·韦布望远镜(JWST)未来观测目标提供可靠的核物理输入量。
作为JUNA实验装置的首批成果之一，该突破反应实验的成功开展证明JUNA全面具备了进行深地核天体物理研究的能力。
《自然》审稿人认为，“这是一个巨大的实验成功。这为未来的核天体物理学研究提供了新途径。这项研究结果会引起核天体物理学界的强烈兴趣，包括实验物理学、恒星建模以及观测等。这一结果毫无疑问值得发表”。
2006年诺贝尔物理奖获得者、JWST的首席科学家约翰·马瑟来函祝贺说“祝贺你们的新测量，我觉得它们相当重要”。
据悉，JUNA实验装置由中国原子能科学研究院牵头，联合中科院近代物理研究所、北京师范大学、清华大学等科研单位于2020年底深地建成出束。
该工作得到了国家自然科学基金委重大项目和杰青项目等基金的资助。
北京师范大学教授何建军团队经过几年艰苦攻关，成功研制出目前耐辐照能力最强的氟注入靶，解决了“卡脖子”的关键技术问题，并在锦屏深地直接测量了天体关键核反应截面，揭示了古老恒星钙元素的丰度之谜。近日，相关成果刊发于《自然》杂志。
论文第一通讯作者何建军告诉《中国科学报》，锦屏深地所需的束流强度比之前地面实验所用的要强100倍左右，因此，之前利用传统方法制作的靶根本无法满足锦屏深地的实验需求，此次研制的注入靶解决了这一关键技术问题，为锦屏深地实验的成功奠定了坚实的基础并积累了宝贵的经验。
2014年，澳大利亚天文学家利用望远镜观测到了一颗宇宙中迄今最古老的红巨星，仅观测到锂、碳、镁和钙元素，但没有观测到铁元素，因此称其为极贫金属星（编号SMSS0313-6708）。它诞生于大爆炸后一亿年左右，由第一代星的超新星爆发形成的星云组成。然而，它的钙元素起源问题至今仍然是一个谜。
天体理论认为，这些钙元素可能来源于碳氮氧循环的突破反应。但是，氟辐射俘获质子的突破反应在天体物理感兴趣的能区尚无实验数据，导致当前恒星演化模型难以解释天文观测数据。对于第一代星典型温度（约为1亿摄氏度）环境下发生的热核反应，其有效伽莫夫能量远低于库仑势垒，反应截面极低。在地面实验室由于宇宙射线本底的干扰，人们一直无法对该反应进行伽莫夫能区的直接测量。
团队于2021年初，利用锦屏深地核天体物理装置(JUNA)提供的强流质子束成功将该氟俘获质子的突破反应从之前的240千电子伏特一直向下推进至186千电子伏特，触碰到了第一代星感兴趣的伽莫夫能区，并幸运地在225千电子伏特发现了一个新的共振。
在第一代星最感兴趣的一亿摄氏度温度附近，新共振的发现使得该突破反应的反应率比之前NACRE数据库中的推荐值大了5.4~7.4倍，并且将之前该温度附近的反应率不确定度从几个数量级缩小至50%左右，极大地降低了该反应率在天体网络计算中所引起的误差。
同时，与天体物理学家合作，研究了新反应率在第一代星中的影响，计算表明该反应从碳氮氧循环突破出去的概率比之前预想的要大7倍左右，解释了第三星族恒星SMSS0313-6708中观测到的钙丰度问题。
更具有深远意义的是，新的反应率数据强有力地支持了第一代星的弱超新星爆模型，排除了其他天体模型的可能性。另外，在一千万摄氏度的温度环境下，新反应率比之前推荐的要大200倍左右，因此对于低温环境下的恒星演化必将产生重要的影响，等待人们开展进一步的研究。毫无疑问，本工作将为詹姆斯·韦布望远镜(JWST)未来观测目标提供可靠的核物理输入量。
作为JUNA实验装置的首批成果之一，该突破反应实验的成功开展证明JUNA全面具备了进行深地核天体物理研究的能力。
《自然》审稿人认为，“这是一个巨大的实验成功。这为未来的核天体物理学研究提供了新途径。这项研究结果会引起核天体物理学界的强烈兴趣，包括实验物理学、恒星建模以及观测等。这一结果毫无疑问值得发表”。
2006年诺贝尔物理奖获得者、JWST的首席科学家约翰·马瑟来函祝贺说“祝贺你们的新测量，我觉得它们相当重要”。
据悉，JUNA实验装置由中国原子能科学研究院牵头，联合中科院近代物理研究所、北京师范大学、清华大学等科研单位于2020年底深地建成出束。
该工作得到了国家自然科学基金委重大项目和杰青项目等基金的资助。
【中子星 HESS J1731-347 质量极低，可能是由夸克构成的奇异星】
中子星是全宇宙除黑洞之外密度最大的天体，质量下限为太阳 1.1 倍。但最近天文学家发现名为 HESS J1731-347 的中子星质量却比太阳小，很可能根本不是中子星，而是更特殊、从未见过的「奇异星」，内部由夸克粒子与未知奇异物质构成。
中子星是由质量约太阳 8～30 倍的恒星经历超新星爆炸后蜕变的致密残骸，多数中子星质量约太阳 1.4 倍，理论上可介于 1.1～2.3 个太阳质量（较重会变成黑洞，较轻则变成白矮星，白矮星与中子星差异可由不同的 X 辐射判断），这些物质通通挤在直径仅 20 公里的球体内，因此原子核被极高压力挤压、电子被迫与质子亲密接触，以至于它们转变为中子。
此前，科学家测得最轻的中子星质量为太阳 1.17 倍，但最新研究分析一颗名为 HESS J1731-347 的中子星，却发现它与地球的距离从 10,000 多光年修改为 8,150 光年，半径 10.4 公里，质量仅太阳 77%，是同类物体中目前已知质量最低者，更低于理论预测。
这可能说明理论需要修正，或者 HESS J1731-347 是一颗超级特殊的中子星，或者 HESS J1731-347 根本不是中子星，而是一种全新未知的奇异星：本质上看起来很像中子星，但内部包含更多称为夸克的基本粒子，由包含上夸克、下夸克和奇夸克的奇异流体构成。
新论文发表在《自然天文学》（Nature Astronomy）期刊。
中子星是全宇宙除黑洞之外密度最大的天体，质量下限为太阳 1.1 倍。但最近天文学家发现名为 HESS J1731-347 的中子星质量却比太阳小，很可能根本不是中子星，而是更特殊、从未见过的「奇异星」，内部由夸克粒子与未知奇异物质构成。
中子星是由质量约太阳 8～30 倍的恒星经历超新星爆炸后蜕变的致密残骸，多数中子星质量约太阳 1.4 倍，理论上可介于 1.1～2.3 个太阳质量（较重会变成黑洞，较轻则变成白矮星，白矮星与中子星差异可由不同的 X 辐射判断），这些物质通通挤在直径仅 20 公里的球体内，因此原子核被极高压力挤压、电子被迫与质子亲密接触，以至于它们转变为中子。
此前，科学家测得最轻的中子星质量为太阳 1.17 倍，但最新研究分析一颗名为 HESS J1731-347 的中子星，却发现它与地球的距离从 10,000 多光年修改为 8,150 光年，半径 10.4 公里，质量仅太阳 77%，是同类物体中目前已知质量最低者，更低于理论预测。
这可能说明理论需要修正，或者 HESS J1731-347 是一颗超级特殊的中子星，或者 HESS J1731-347 根本不是中子星，而是一种全新未知的奇异星：本质上看起来很像中子星，但内部包含更多称为夸克的基本粒子，由包含上夸克、下夸克和奇夸克的奇异流体构成。
新论文发表在《自然天文学》（Nature Astronomy）期刊。
#我国地下最深实验室揭示最古老恒星钙丰度起源# 【#我国地下最深实验室有新发现#】我国科研人员依托锦屏深地核天体物理实验装置（简称JUNA），于2021年直接测量了关键核天体反应——氟辐射俘获质子的突破反应截面，将测量范围推进到世界最低能区并发现了一个新共振，解释了宇宙中已知最古老恒星的钙丰度起源问题。该结果支持了第一代恒星的弱超新星爆模型，揭示了古老恒星的演化命运。相关论文于北京时间10月26日刊发在《自然》期刊上。#我国地下最深实验室新发现#
2014年科研人员观测到了一颗K型红巨星，并在该红巨星上观测到锂、碳、镁和钙元素，没有观测到铁元素，称其为极贫金属第三星族星。它被视作宇宙中已知最古老恒星，诞生于大爆炸后一亿年左右。确切来说，它是第一代恒星超新星爆发后形成的遗迹。天体理论认为，它的钙元素可能来源于热碳氮氧循环的突破反应，但尚需数据支持。
论文第一通讯作者、北京师范大学教授何建军26日告诉记者，钙诞生于一些关键性核反应。第一代恒星典型温度环境下（0.1GK，即1亿摄氏度）发生热核反应的概率极低，直接测量非常困难。中国锦屏地下实验室为世界最深地下实验室，宇宙射线通量可降到地面的千万分之一至亿分之一，有利于开展稀有反应事件的精确测量和研究。JUNA就位于中国锦屏地下实验室二期，由中国原子能科学研究院牵头，联合中科院近代物理研究所、北京师范大学、清华大学等科研单位于2020年底建成出束。
何建军和科研团队经过几年艰苦攻关，研制出目前耐辐照能力最强的氟注入靶。实验用强流质子束轰击氟靶，探测、分析碰撞后放出的伽马射线，对该关键核反应进行了直接测量。
锦屏加速器提供的强流质子束成功将该突破反应推进到国际最低的能量点，并在225千电子伏处发现了一个新的共振。
模型计算表明，该突破反应从碳氮氧循环突破出去的概率比之前预想的要大7倍左右，验证了钙由突破反应起源的假说。它也有力支持了第一代恒星的弱超新星爆演化模型，即恒星爆发后中心生成了黑洞，外层较轻的元素被抛出去，内层较重的元素被吸入黑洞，这也解释了人们没有观测到第三星族中铁元素的原因。
作为首批成果之一，突破反应实验的成功开展证明JUNA全面具备了进行深地核天体物理研究的能力。《自然》审稿人认为这是一个巨大的实验成功，这为未来的核天体物理学研究提供了新途径。（科技日报）
2014年科研人员观测到了一颗K型红巨星，并在该红巨星上观测到锂、碳、镁和钙元素，没有观测到铁元素，称其为极贫金属第三星族星。它被视作宇宙中已知最古老恒星，诞生于大爆炸后一亿年左右。确切来说，它是第一代恒星超新星爆发后形成的遗迹。天体理论认为，它的钙元素可能来源于热碳氮氧循环的突破反应，但尚需数据支持。
论文第一通讯作者、北京师范大学教授何建军26日告诉记者，钙诞生于一些关键性核反应。第一代恒星典型温度环境下（0.1GK，即1亿摄氏度）发生热核反应的概率极低，直接测量非常困难。中国锦屏地下实验室为世界最深地下实验室，宇宙射线通量可降到地面的千万分之一至亿分之一，有利于开展稀有反应事件的精确测量和研究。JUNA就位于中国锦屏地下实验室二期，由中国原子能科学研究院牵头，联合中科院近代物理研究所、北京师范大学、清华大学等科研单位于2020年底建成出束。
何建军和科研团队经过几年艰苦攻关，研制出目前耐辐照能力最强的氟注入靶。实验用强流质子束轰击氟靶，探测、分析碰撞后放出的伽马射线，对该关键核反应进行了直接测量。
锦屏加速器提供的强流质子束成功将该突破反应推进到国际最低的能量点，并在225千电子伏处发现了一个新的共振。
模型计算表明，该突破反应从碳氮氧循环突破出去的概率比之前预想的要大7倍左右，验证了钙由突破反应起源的假说。它也有力支持了第一代恒星的弱超新星爆演化模型，即恒星爆发后中心生成了黑洞，外层较轻的元素被抛出去，内层较重的元素被吸入黑洞，这也解释了人们没有观测到第三星族中铁元素的原因。
作为首批成果之一，突破反应实验的成功开展证明JUNA全面具备了进行深地核天体物理研究的能力。《自然》审稿人认为这是一个巨大的实验成功，这为未来的核天体物理学研究提供了新途径。（科技日报）
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