Ny undersøgelse sonderer røntgenudbrud fra lavmasse røntgenbinære

Et internationalt forskerhold har udført en ny måling af en vigtig astrofysisk reaktion, ²² Mg(α, p) ²⁵ Al, leverer essentielle eksperimentelle data til at forstå lyskurven for røntgenudbrud og det astrofysiske miljø i lavmasse røntgenbinære.

Nogle massive stjerner afslutter deres liv i såkaldte supernovaer, som er ekstremt voldsomme eksplosioner, der producerer neutronstjerner. Oftere end ikke, supernovaer er asymmetriske, og neutronstjernerne, der produceres, sparkes med en hastighed på op til 550 km/s for at mødes med en livslang ledsagerstjerne, hvis de er heldige; ellers vil de være ensomme rangers i kosmos.

På grund af neutronstjernens enorme gravitationskraft, hovedkomponenterne i ledsagestjernens stjernebrændstof føres til neutronstjernen, danner således en kappe, der omgiver neutronstjernens atmosfære. Stjernebrændstoffet i hylsteret komprimeres yderligere og smeltes derefter sammen til dannelse af tungere kemiske grundstoffer, som kulstof, ilt og nitrogen. Sådanne fusioner bliver ved med at syntetisere flere tunge grundstoffer, indtil det ophobede stjernebrændstof er opbrugt.

Gennem hele fusionsprocessen, energiske røntgenstråler, tusindvis af gange lysere end vores sol, udsendes fra konvolutten med ekstremt høj tæthed. Sådanne energiske røntgenimpulser kaldes Type-I røntgenudbrud. Også, neutronstjernen og følgestjernen, der afføder disse udbrud, kaldes røntgenudbrud.

Fra nu af, mere end 7, 000 røntgenudbrud udsendt fra 115 røntgenudbrud er blevet observeret. Imidlertid, ingen af ​​disse observerede udbrud kan gengives tæt ved teoretiske modeller. En af de underliggende årsager er den store usikkerhed i vigtige fusionsreaktioner, der påvirker begyndelsen af ​​røntgenudbrud. Et eksempel er alfa-protonreaktionen af ​​magnesium-22, ²² Mg+α→ ²⁵ Al+p, som er blevet omdøbt ²² Mg(α, p) ²⁵ Al af kernefysikere.

Alligevel, eksperimentelle data relateret til ²² Mg(α, p) ²⁵ Al reaktion er meget sparsom. Forskere ved Institut for Moderne Fysik (IMP) ved det kinesiske videnskabsakademi (CAS), i samarbejde med japansk, Australsk, britisk, italiensk, amerikanske og koreanske videnskabsmænd, har målt de vigtige egenskaber ved ²² Mg(α, p) ²⁵ Al reaktion.

"På grund af det ekstremt lave tværsnit, direkte måling er stadig en meget svær opgave i øjeblikket. Vi foreslog at udlede reaktionshastigheden via indirekte måling, som er resonansspredningsmålingen af ²⁵ Al+p med evnen til at vælge og måle protonresonanser, der bidrager til reaktionshastigheden, " sagde Hu Jun, en forsker ved IMP.

Eksperimentet blev udført på Radioactive Ion Beam Factory, der drives af RIKEN Nishina Center og Center for Nuclear Study, Universitetet i Tokyo.

Forskerne fik den første ²² Mg(α, p) ²⁵ Al reaktionshastighed i Gamow-vinduet gennem eksperimenter, hvilket i høj grad reducerer usikkerheden ved denne reaktion svarende til det ekstreme røntgenudbrudstemperaturregime, hvilket er omkring 130 gange temperaturen af ​​solens kerne.

Bruger den nye ²² Mg(α, p) ²⁵ Al reaktionshastighed, de reproducerede tæt burst-lyskurven for GS 1826-24 røntgenburster optaget i juni 1998. I mellemtiden, de opdagede, at ²² Mg(α, p) ²⁵ Al-reaktionen var stærkt korreleret med procentdelen af ​​helium i højdensitetshylsteret og reproducerede med succes fluenserne og gentagelsestiderne for SAX J1808.4-3658 fotosfærisk radius-ekspansionsburster registreret i oktober 2002.

"Utvivlsomt, en tæt gengivelse af observationen hjælper forskere til overbevisende at fortolke den skjulte fysikinformation indkapslet i de observerede røntgenudbrud, " sagde Lam Yi Hua, en forsker ved IMP.

Et papir, der beskriver disse resultater, blev offentliggjort i Fysiske anmeldelsesbreve den 19. oktober.