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　　近日，中國科學(xué)院近代物理研究所的科研人員及合作者通過實(shí)驗首次得到了X射線暴溫度區(qū)間的²²Mg(α,p)²⁵Al天體反應(yīng)率，為深入理解X射線暴的光變曲線和X射線雙星系統(tǒng)的天體物理環(huán)境，提供了重要的實(shí)驗數(shù)據(jù)，相關(guān)成果于10月19日發(fā)表在Physics Review Letters上。 

　　I型X射線暴是X射線雙星系統(tǒng)中X射線突然增強(qiáng)很多倍的現(xiàn)象，其核過程包括3α反應(yīng)、αp突破過程以及rp過程。在αp過程中，關(guān)鍵(α,p)反應(yīng)直接影響核反應(yīng)流，從而影響氫燃燒，導(dǎo)致X射線暴光變曲線的整體趨勢發(fā)生改變。 

　　理論家預(yù)言，在所有的(α,p)突破反應(yīng)中，²²Mg(α,p)²⁵Al反應(yīng)率對X射線暴光變曲線的影響最大。然而長期以來，該反應(yīng)的實(shí)驗數(shù)據(jù)嚴(yán)重缺失，給X射線暴理論模型的預(yù)言帶來了極大的不確定性。 

　　在X射線暴溫區(qū)（0.4-2.0 GK），²²Mg(α,p)²⁵Al反應(yīng)的截面極小，直接測量面臨著統(tǒng)計嚴(yán)重不足的問題。近代物理所的研究人員提出了間接測量的方法：即利用²⁵Al+p共振散射研究復(fù)合核²⁶Si的能級性質(zhì)，尋找對²²Mg(α,p)²⁵Al反應(yīng)率有貢獻(xiàn)的能級，確定它們的能級性質(zhì)，從而計算反應(yīng)率。 

　　實(shí)驗在東京大學(xué)原子核科學(xué)研究中心的放射性束裝置CRIB上進(jìn)行。實(shí)驗中，研究者們利用CRIB終端提供的放射性束²⁵Al轟擊 (CH₂)_n靶，通過靶后硅探測器陣列對反沖質(zhì)子進(jìn)行測量，利用逆運(yùn)動學(xué)厚靶技術(shù)重構(gòu)出²⁵Al+p彈性散射的激發(fā)函數(shù)。研究者們發(fā)現(xiàn)了²⁶Si的13條共振能級，其中在α閾以上的能區(qū)發(fā)現(xiàn)了4條自然宇稱態(tài)，它們會對²²Mg(α,p)²⁵Al的反應(yīng)率產(chǎn)生重要貢獻(xiàn)。利用這些共振能級的信息，研究者們首次通過實(shí)驗得到了X射線暴溫區(qū)的²²Mg(α,p)²⁵Al天體反應(yīng)率。 

　　結(jié)合實(shí)驗結(jié)果，理論研究人員對時鐘型X射線暴源（GS 1826–24）的光變曲線進(jìn)行了計算和擬合，結(jié)果證明實(shí)驗得到的²²Mg(α,p)²⁵Al反應(yīng)率對光變曲線有重大影響，模型擬合結(jié)果更加接近觀測得到的光變曲線（平均偏差< 9%）；同時，針對光球半徑膨脹型X射線暴源（SAX J1808.4–3658），研究人員提出了在吸積包層里的氦豐度新約束，修正了理論模型，重現(xiàn)了輻照度隨復(fù)現(xiàn)時間變化的觀測譜。這將有助于人們更深入地理解X射線暴的光變曲線和光球半徑膨脹型X射線暴源。 

　　該項研究是由中科院近代物理研究所主導(dǎo)，聯(lián)合日本東京大學(xué)、英國愛丁堡大學(xué)、意大利INFN實(shí)驗室、韓國Sungkyunkwan大學(xué)、加拿大McMaster大學(xué)、澳大利亞Monash大學(xué)等科研單位共同合作完成。 

　　該研究得到了科技部重點(diǎn)研發(fā)計劃、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項（B類）、國家自然科學(xué)基金面上項目和中國科學(xué)院國際人才計劃的支持。 

　　文章鏈接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.127.172701 

　　圖1：I型X射線暴的藝術(shù)圖。（圖源/ Gabriel Pérez Díaz, Instituto de Astrofísica de Canarias） 

　　圖2：KEPLER程序?qū)?/span>X射線暴源GS1826-24模型計算結(jié)果。紅色線表示用本工作測得的²²Mg(α,p)²⁵Al反應(yīng)率的計算結(jié)果。（圖源/Physics Review Letters） 

　　                     （放射性束物理室 儲存環(huán)物理室 供稿）