原子核質(zhì)量測(cè)量為確定X射線暴核反應(yīng)率提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)
12月5日，記者從中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所獲悉，該所科研團(tuán)隊(duì)對(duì)質(zhì)子滴線原子核磷-26和硫-27的質(zhì)量進(jìn)行了精確測(cè)量，確定了相關(guān)熱核反應(yīng)速率，為深入理解X射線暴機(jī)制及其中的元素合成過程提供了關(guān)鍵數(shù)據(jù)。相關(guān)結(jié)果發(fā)表在《天體物理學(xué)雜志》上。
I型X射線暴是銀河系中頻繁發(fā)生的熱核爆炸現(xiàn)象，主要出現(xiàn)在由中子星和伴星組成的低質(zhì)量X射線雙星系統(tǒng)中。其能量來源于中子星表面氫氦物質(zhì)的熱核不穩(wěn)定燃燒，其本質(zhì)是一系列快速的質(zhì)子俘獲反應(yīng)（rp過程）。在該過程中，原子核快速捕獲質(zhì)子，形成更重的元素，其反應(yīng)的速率與相關(guān)原子核的質(zhì)量密切相關(guān)。
左圖：rp-過程開始后100秒時(shí)核素豐度分布圖。右圖：不同的硫-27質(zhì)子分離能情況下，硫-27與磷-26的豐度比隨時(shí)間的演化。
由于rp過程涉及到大量位于質(zhì)子滴線附近的原子核，而這些原子核通常壽命較短、質(zhì)量數(shù)據(jù)未知或精度不足，給精確計(jì)算核反應(yīng)路徑帶來了極大的挑戰(zhàn)和不確定性。在缺中子的磷和硫同位素中，由于磷-26和硫-27的質(zhì)量數(shù)據(jù)精度較低，26P(p,γ)27S 的反應(yīng)速率及其在 rp 過程核反應(yīng)流中所占的比重一直存在爭(zhēng)議。
依托蘭州重離子加速器冷卻儲(chǔ)存環(huán)，研究團(tuán)隊(duì)利用磁剛度識(shí)別等時(shí)性質(zhì)譜術(shù)，直接測(cè)定了磷-26和硫-27的精確質(zhì)量，由此得到硫-27的質(zhì)子分離能比此前高129-267keV，精度也較此前提高了八倍。
利用新的質(zhì)量數(shù)據(jù)，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)在X射線暴環(huán)境條件下，更新后的26P(p,γ)27S反應(yīng)速率在0.4–2吉開爾文溫度范圍內(nèi)顯著增強(qiáng)，最高可提升至此前數(shù)據(jù)的五倍。同時(shí)，逆反應(yīng)速率的不確定性也大大降低。分析表明，新的反應(yīng)速率提高了硫-27與磷-26的豐度比，核反應(yīng)流向硫-27的效率更高。
這項(xiàng)研究消除了X射線暴中磷硫區(qū)域核合成路徑的不確定性，對(duì)于深入理解X射線暴中的核合成過程具有重要意義。
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