一個國際科研團隊在探索大質量恒星和超新星的天體物理學領域取得了突破性發現。這一發現挑戰了現有的天體物理學模型，揭示了模型預測與伽馬射線天文學觀測數據之間的不一致。領導這項研究的是密西根州立大學稀有同位素束流設施（FRIB）的科學家們，他們通過一種創新的實驗方法，深入研究了不穩定同位素鐵-60的核特性。
該科研團隊的核心成員包括FRIB物理學教授Artemis Spyrou，他帶領著一支由多學科專家組成的團隊。團隊成員還包括FRIB化學系副教授、密西根州立大學化學系與FRIB實驗核科學系負責人Sean Liddick，以及來自FRIB的11名研究生和博士后研究人員。他們的研究成果已在《自然·通訊》期刊上發表。
鐵-60作為一種源自大質量恒星內部并在超新星爆發時噴射到整個銀河系的同位素，一直備受天體物理學家的關注。為了深入探究這種同位素的特性，Spyrou教授的團隊在國家超導回旋加速器實驗室（FRIB的前身）開展了一項實驗。他們采用了一種由挪威奧斯陸大學的核物理與能源物理教授Ann-Cecilie Larsen和榮譽退休教授Magne Guttormsen共同研發的新方法。
Spyrou教授表示，這次合作的獨特之處在于結合了核反應、同位素束以及β衰變方面的專業知識，以探究一種無法直接測量的反應。他們的目標是通過測量大量反應特性，更精確地限制這些反應的參數，從而改進天體物理學模型。
鐵-60在衰變時會釋放出伽馬射線，這些射線成為科學家們探尋恒星生命周期及其爆炸死亡機制的重要線索。物理學家依賴這些寶貴的數據來構建和完善天體物理模型，然而現有的模型在預測罕見天體物理事件時仍存在不足。Liddick副教授指出，核科學的一個總體目標是構建一個全面且可預測的原子核模型，但這一目標尚未實現，必須通過實驗對這些過程進行精確測量。
為了研究這些原子核，Spyrou教授及其團隊設計了一項具有雙重目標的實驗。他們旨在限制將同位素鐵-59轉化為鐵-60的中子捕獲過程，并利用由此獲取的數據探究超新星模型預測與實際觀測到的這些同位素痕跡之間長期存在的差異。由于鐵-59的半衰期僅44天，穩定性較差，在實驗室中測量其中子捕獲過程變得異常困難。為了解決這一難題，科學家們開發出了間接的實驗方法。
Spyrou教授和Liddick副教授攜手奧斯陸大學的同仁，共同研發出一種針對極不穩定同位素的全新研究方法——β-奧斯陸方法。該方法源自項目合作者Guttormsen開創的改良版奧斯陸方法，但經過Spyrou教授等研究人員的創新設計，利用β衰變過程本身而非傳統的反應來填充靶核。這一創新方法不僅提高了生成所需同位素的效率，還為限制短壽命原子核上的中子俘獲反應提供了一條可行的路徑。
通過這種方法，Spyrou教授的團隊成功限制了產生鐵-60的核反應網絡中的關鍵不確定性，并得出結論：在大質量恒星內部發生這種反應的可能性比模型預測的高出兩倍。研究人員認為，超新星的理論模型存在缺陷，一些特定的恒星特性仍未得到準確表示。解開這一謎團需要借助恒星建模，例如通過調整恒星的自轉速度、設定更小的大質量恒星的可爆炸質量極限，或者調整其他恒星參數。
這一發現不僅加深了對大質量恒星及其內部條件的理解，還證明了β-奧斯陸方法將成為未來科學研究的重要工具。Liddick教授表示，與奧斯陸大學的項目合作伙伴的緊密合作是取得這一成果的關鍵。他們的合作始于一次研討會，自那時起，雙方一直保持著緊密的合作關系，并期待在未來的研究中繼續攜手共進。
