近代物理所在X射線暴關(guān)鍵核反應(yīng)率理論研究中獲進(jìn)展
近日，中國科學(xué)院近代物理研究所科研人員及合作者在I型X射線暴研究中取得進(jìn)展，相關(guān)成果發(fā)表在The Astrophysical Journal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)、α質(zhì)子過程（αp process）以及快質(zhì)子俘獲過程（rp process）。X射線暴過程中，在等待點(diǎn)核區(qū)域內(nèi)的關(guān)鍵核反應(yīng)將直接影響核反應(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。
此前，有科學(xué)家提出在發(fā)生I型X射線暴時(shí)，快質(zhì)子俘獲核反應(yīng)流有可能出現(xiàn)GeAs循環(huán)的可能性，而64Ge是快質(zhì)子俘獲過程中的一個(gè)重要的等待點(diǎn)核，并認(rèn)為確定65As及66Se的單質(zhì)子分離能是厘清GeAs循環(huán)的關(guān)鍵。在GeAs瞬間弱循環(huán)中，67As同位素的弱αp反應(yīng)和其相對強(qiáng)的rp反應(yīng)導(dǎo)致級聯(lián)雙質(zhì)子俘獲道。大部分的核反應(yīng)流都經(jīng)過67As及68As的rp反應(yīng)道傳到更重的豐質(zhì)子原子核區(qū)，并在該核區(qū)產(chǎn)生更多的氫燃燒，從而影響X射線暴光變曲線。
科研人員通過自洽的相對論Hartree-Bogoliubov理論方法求出鏡像位移能，并和實(shí)驗(yàn)的鏡像位移能及鏡像原子核質(zhì)量進(jìn)行比較，計(jì)算出66Se的單質(zhì)子分離能及其可靠誤差，從而重新評估了65As(p,γ)66Se的正向和逆向反應(yīng)率。
研究人員通過使用KEPLER程序所建構(gòu)的時(shí)鐘型X射線暴源（GS 1826–24）模型，研究了新的65As(p,γ)66Se反應(yīng)率對光變曲線的影響。研究發(fā)現(xiàn)，新的反應(yīng)率提前且縮短了64Ge的級聯(lián)雙質(zhì)子俘獲時(shí)間，并增強(qiáng)了核反應(yīng)流導(dǎo)向更重的豐質(zhì)子核區(qū)，影響了X射線暴末端的氫燃燒，從而對光變曲線尾端產(chǎn)生重大影響。結(jié)果也表明，新的反應(yīng)率在時(shí)鐘型X射線暴末端會影響灰燼的核素豐度。
該結(jié)果給中子星殼層冷卻和I型X射線“超暴”（superburst）模型提供了新一組可靠且決定性的核物理輸入?yún)?shù)。本研究所使用的分析方法可用于其他I型X射線暴系統(tǒng)的研究，并可在未來擴(kuò)展至其它天體環(huán)境中的爆發(fā)性核合成研究。
此外，研究人員通過GS 1826–24 X射線暴源的時(shí)鐘型光變曲線所得出的紅移，預(yù)估了該雙星系統(tǒng)里的中子星質(zhì)量半徑，限制了理論預(yù)值范圍，并提出了PSR J1903+0327脈沖星的半徑范圍。限制中子星質(zhì)量半徑關(guān)系的相關(guān)信息將對引力波研究有重大影響。
該研究由中科院近代物理研究所主導(dǎo)，聯(lián)合蘭州大學(xué)、澳大利亞蒙納士大學(xué)、美國密歇根州立大學(xué)等科研單位共同合作完成。
該研究得到了中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（B類）、國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、和中國科學(xué)院國際人才計(jì)劃的支持。
文章鏈接：https://doi.org/10.3847/1538-4357/ac4d8b
圖1：在I型X射線暴中吸積盤里的64Ge級聯(lián)雙質(zhì)子俘獲，64Ge(p,γ)65As(p,γ)66Se反應(yīng)。（圖/盧寧、藍(lán)乙華）
圖3：中子星質(zhì)量半徑關(guān)系。通過GS 1826–24 X射線暴源的時(shí)鐘型光變曲線所得出的紅移來預(yù)估該雙星系統(tǒng)里的中子星質(zhì)量半徑范圍（紅色帶）。更多圖解請參考文章正文。（圖源/The Astrophysical Journal）
(儲存環(huán)物理室 理論物理室 供稿）
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