Ett internationellt forskarlag har gjort en ny mätning av en viktig astrofysisk reaktion, ²² Mg(α, p) ²⁵ Al, tillhandahåller väsentliga experimentella data för att förstå ljuskurvan för röntgenskurar och den astrofysiska miljön i röntgenbinärer med låg massa.

Vissa massiva stjärnor avslutar sina liv i så kallade supernovor, som är extremt våldsamma explosioner som producerar neutronstjärnor. Oftare än sällan, supernovor är asymmetriska, och neutronstjärnorna som produceras sparkas med en hastighet på upp till 550 km/s för att mötas med en livslång följeslagare om de har tur; annars kommer de att vara ensamma rangers i kosmos.

På grund av neutronstjärnans enorma gravitationskraft, huvudkomponenterna i stjärnbränslet i den följeslagna stjärnan leds till neutronstjärnan, bildar därmed ett hölje som omger neutronstjärnans atmosfär. Stjärnbränslet i höljet komprimeras ytterligare och smälts sedan samman för att bilda tyngre kemiska grundämnen, som kol, syre och kväve. Sådana fusioner fortsätter att syntetisera fler tunga grundämnen tills det samlade stjärnbränslet är slut.

Under hela fusionsprocessen, energiska röntgenstrålar, tusentals gånger ljusare än vår sol, avges från kuvertet med extremt hög densitet. Sådana energiska röntgenpulser kallas röntgenskurar av typ I. Också, neutronstjärnan och sällskapsstjärnan som föder dessa skurar kallas röntgenbursters.

Från och med nu, mer än 7, 000 röntgenskurar emitterade från 115 röntgenskurar har observerats. Dock, ingen av dessa observerade skurar kan reproduceras nära med teoretiska modeller. En av de bakomliggande orsakerna är den stora osäkerheten i viktiga fusionsreaktioner som påverkar uppkomsten av röntgenskurar. Ett exempel är alfa-protonreaktionen av magnesium-22, ²² Mg+a→ ²⁵ Al+p, som har bytt namn ²² Mg(α, p) ²⁵ Al av kärnfysiker.

Ändå, experimentella data relaterade till ²² Mg(α, p) ²⁵ Alla reaktioner är mycket få. Forskare vid Institute of Modern Physics (IMP) vid den kinesiska vetenskapsakademin (CAS), i samarbete med japanska, australiensiska, brittisk, italienska, amerikanska och koreanska forskare, har mätt de viktiga egenskaperna hos ²² Mg(α, p) ²⁵ Al reaktion.

"På grund av de extremt låga tvärsnitten, direkt mätning är fortfarande en mycket tuff uppgift för närvarande. Vi föreslog att härleda reaktionshastigheten via indirekt mätning, vilket är resonansspridningsmåttet för ²⁵ Al+p med förmågan att välja och mäta protonresonanser som bidrar till reaktionshastigheten, " sa Hu Jun, en forskare vid IMP.

Experimentet utfördes på Radioactive Ion Beam Factory som drivs av RIKEN Nishina Center och Center for Nuclear Study, Tokyos universitet.

Forskarna fick den första ²² Mg(α, p) ²⁵ Al reaktionshastighet i Gamow-fönstret genom experiment, vilket avsevärt minskar osäkerheten i denna reaktion som motsvarar den extrema temperaturregimen för röntgenskurar, vilket är cirka 130 gånger temperaturen i solens kärna.

Använder den nya ²² Mg(α, p) ²⁵ Al reaktionshastighet, de återskapade på nära håll skurljuskurvan för GS 1826–24 röntgenburster som registrerades i händelse av juni 1998. Under tiden, de upptäckte att ²² Mg(α, p) ²⁵ Al-reaktionen var starkt korrelerad med procentandelen helium i högdensitetshöljet och reproducerade framgångsrikt fluenserna och återfallstiderna för SAX J1808.4–3658 fotosfärisk radieexpansionsburster registrerad i oktober 2002.

"Otvivelaktigt, en nära återgivning av observationen hjälper forskare att på ett övertygande sätt tolka den dolda fysikinformationen inkapslad i de observerade röntgenskurarna, " sa Lam Yi Hua, en forskare vid IMP.

En artikel som beskriver dessa fynd publicerades i Fysiska granskningsbrev den 19 oktober.