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研究测得X射线暴温区关键(α,p)反应率

  近日,由中国科学院近代物理研究所主导,联合日本东京大学、英国爱丁堡大学、意大利国家核物理研究院(INFN)、韩国成均馆大学、加拿大麦克马斯特大学、澳大利亚蒙纳士大学等,通过实验首次得到X射线暴温度区间的22Mg(α,p)25Al天体反应率,为剖析X射线暴的光变曲线和X射线双星系统的天体物理环境,提供了重要的实验数据。10月19日,相关研究成果发表在Physics Review Letters上。

  I型X射线暴是X射线双星系统中X射线突然增强很多倍的现象,其核过程包括3α反应、αp突破过程及rp过程。在αp过程中,关键(α,p)反应直接影响核反应流,从而影响氢燃烧,导致X射线暴光变曲线的整体趋势发生改变。理论家预言,在所有的(α,p)突破反应中,22Mg(α,p)25Al反应率对X射线暴光变曲线的影响最大。而长期以来,该反应的实验数据严重缺失,给X射线暴理论模型的预言带来了极大的不确定性。

  在X射线暴温区(0.4-2.0 GK),22Mg(α,p)25Al反应的截面极小,直接测量面临统计严重不足的问题。近代物理所提出了间接测量的方法,即利用25Al+p共振散射研究复合核26Si的能级性质,寻找对22Mg(α,p)25Al反应率有贡献的能级,确定它们的能级性质,从而计算反应率。

  实验在日本东京大学原子核科学研究中心放射性束装置CRIB进行。实验中,科研人员利用CRIB终端提供的放射性束25Al轰击(CH2)n靶,通过靶后硅探测器阵列对反冲质子进行测量,运用逆运动学厚靶技术重构出25Al+p弹性散射的激发函数。研究显示,26Si的13条共振能级,其中在α阈以上的能区发现了4条自然宇称态,它们对22Mg(α,p)25Al的反应率产生重要贡献。利用这些共振能级的信息,研究首次通过实验得到了X射线暴温区的22Mg(α,p)25Al天体反应率。

  结合实验结果,理论研究人员对时钟型X射线暴源(GS 1826-24)的光变曲线进行计算和拟合,结果证明实验得到的22Mg(α,p)25Al反应率对光变曲线有重要影响,模型拟合结果更接近观测得到的光变曲线(平均偏差< 9%);针对光球半径膨胀型X射线暴源(SAX J1808.4–3658),研究提出了在吸积包层里的氦丰度新约束,修正了理论模型,重现了辐照度随复现时间变化的观测谱。这将有助于更深入地阐释X射线暴的光变曲线和光球半径膨胀型X射线暴源。

  研究工作得到国家重点研发计划、中科院战略性先导科技专项(B类)、国家自然科学基金面上项目和中科院国际人才计划的支持。

  论文链接

图1.I型X射线暴的艺术图(图源/ Gabriel Pérez Díaz,Instituto de Astrofísica de Canarias)

图2.KEPLER程序对X射线暴源GS1826-24模型计算结果。红色线表示用本工作测得的22Mg(α,p)25Al反应率的计算结果(图源/Physics Review Letters


研究团队单位:近代物理研究所

分类标签:科学进展  

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