一个国际科研团队在探索大质量恒星和超新星的天体物理学领域取得了突破性发现。这一发现挑战了现有的天体物理学模型，揭示了模型预测与伽马射线天文学观测数据之间的不一致。领导这项研究的是密西根州立大学稀有同位素束流设施（FRIB）的科学家们，他们通过一种创新的实验方法，深入研究了不稳定同位素铁-60的核特性。
该科研团队的核心成员包括FRIB物理学教授Artemis Spyrou，他带领着一支由多学科专家组成的团队。团队成员还包括FRIB化学系副教授、密西根州立大学化学系与FRIB实验核科学系负责人Sean Liddick，以及来自FRIB的11名研究生和博士后研究人员。他们的研究成果已在《自然·通讯》期刊上发表。
铁-60作为一种源自大质量恒星内部并在超新星爆发时喷射到整个银河系的同位素，一直备受天体物理学家的关注。为了深入探究这种同位素的特性，Spyrou教授的团队在国家超导回旋加速器实验室（FRIB的前身）开展了一项实验。他们采用了一种由挪威奥斯陆大学的核物理与能源物理教授Ann-Cecilie Larsen和荣誉退休教授Magne Guttormsen共同研发的新方法。
Spyrou教授表示，这次合作的独特之处在于结合了核反应、同位素束以及β衰变方面的专业知识，以探究一种无法直接测量的反应。他们的目标是通过测量大量反应特性，更精确地限制这些反应的参数，从而改进天体物理学模型。
铁-60在衰变时会释放出伽马射线，这些射线成为科学家们探寻恒星生命周期及其爆炸死亡机制的重要线索。物理学家依赖这些宝贵的数据来构建和完善天体物理模型，然而现有的模型在预测罕见天体物理事件时仍存在不足。Liddick副教授指出，核科学的一个总体目标是构建一个全面且可预测的原子核模型，但这一目标尚未实现，必须通过实验对这些过程进行精确测量。
为了研究这些原子核，Spyrou教授及其团队设计了一项具有双重目标的实验。他们旨在限制将同位素铁-59转化为铁-60的中子捕获过程，并利用由此获取的数据探究超新星模型预测与实际观测到的这些同位素痕迹之间长期存在的差异。由于铁-59的半衰期仅44天，稳定性较差，在实验室中测量其中子捕获过程变得异常困难。为了解决这一难题，科学家们开发出了间接的实验方法。
Spyrou教授和Liddick副教授携手奥斯陆大学的同仁，共同研发出一种针对极不稳定同位素的全新研究方法——β-奥斯陆方法。该方法源自项目合作者Guttormsen开创的改良版奥斯陆方法，但经过Spyrou教授等研究人员的创新设计，利用β衰变过程本身而非传统的反应来填充靶核。这一创新方法不仅提高了生成所需同位素的效率，还为限制短寿命原子核上的中子俘获反应提供了一条可行的路径。
通过这种方法，Spyrou教授的团队成功限制了产生铁-60的核反应网络中的关键不确定性，并得出结论：在大质量恒星内部发生这种反应的可能性比模型预测的高出两倍。研究人员认为，超新星的理论模型存在缺陷，一些特定的恒星特性仍未得到准确表示。解开这一谜团需要借助恒星建模，例如通过调整恒星的自转速度、设定更小的大质量恒星的可爆炸质量极限，或者调整其他恒星参数。
这一发现不仅加深了对大质量恒星及其内部条件的理解，还证明了β-奥斯陆方法将成为未来科学研究的重要工具。Liddick教授表示，与奥斯陆大学的项目合作伙伴的紧密合作是取得这一成果的关键。他们的合作始于一次研讨会，自那时起，双方一直保持着紧密的合作关系，并期待在未来的研究中继续携手共进。
