Protonipitoisissa

Protonipitoisissa tarkoitetaan olosuhteita, joissa aineen protonien määrä suhteessa neutronien määrään on suurempi kuin neutraaleilla, ns. protonipitoisissa ympäristöissä. Tämä kuvataan usein elektronisella fraktiolla Ye, ja protonipitoisuus tarkoittaa Ye:n arvon olevan suurempi kuin 0,5. Tällaiset olosuhteet vaikuttavat ratkaisevasti siihen, millaisia ydinproteiineja voidaan muodostaa ydinreaktioissa ja millainen nucleosynteesi tapahtuu.

Suurin osa protonipitoisista ympäristöistä tunnetaan tähtien ja supertähteä koskevien malleissa. Esimerkkejä ovat X-ray-burstien ja neutrinoista vaikuttuvien tuulten sekä joissain akretaatiojärjestelmien alueiden ilmakuoret. Näissä paikoissa korkeissa lämpötiloissa ja tiheyksissä tapahtuu nopeita protonikiinnittymisiä (rp-prosessi), jossa protonit lisätään nopealla tahdilla raskaampiin ydinrakenteisiin ennen beta-positiivisia purkautumia. Prosessi etenee pitkiä reittejä kohti protonipitoisia ydinreaktioita, ja sen eteneminen on usein riippuvainen kilpailusta protonikiinnittymisen ja beta-hidastumisen välillä.

Merkittäviä piirteitä ovat rp-prosessin reitit ja siitä johtuva mahdollinen pysähdystäyte (waiting points) protonipitoisilla alueilla sekä endoosen ydinvoiman rajoitus protonien kimppakäynneistä kohti raskaampia ydinjä. Tämä vaikuttaa siihen, millaisia protonipitoisia isotooppeja syntyy ja miten ne vaikuttavat havaittaviin ilmiöihin, kuten X-ray-burssien kirkastumisiin sekä joihinkin gammasäteilyn signaaleihin.

Tutkimus protonipitoisissa ympäristöissä korostuu reaktiotietojen epävarmuuksissa ja kokeellisessa pääsyssä protonipitoisten, lyhytikäisten isotooppien tuotannon mittauksiin. Teoreettiset mallit ja nukleosynteesin simuloinnit auttavat välttämään yksipuolisia johtopäätöksiä, mutta tarvitset tarkkoja reaktiotietoja tälle alueelle.