En röntgenburst (XRB) är en våldsam explosion som inträffar på ytan av en neutronstjärna när den absorberar material från en medföljande stjärna. Under denna absorption antänder ökande temperaturer och tätheter på neutronstjärnans yta en kaskad av termonukleära reaktioner.
Dessa reaktioner skapar atomer av tunga kemiska grundämnen. En studie, publicerad i Physical Review Letters , presenterar en undersökning av en av dessa reaktioner, 22 Mg(α,p) 25 Al (magnesium-22 och helium-4, producerar en proton och aluminium-25). Hastigheten för denna reaktion spelar en viktig roll för att informera modeller av XRB och bestämma reaktionsmekanismerna som driver dessa explosioner. Forskarna fann att reaktionshastigheten är fyra gånger högre än den tidigare direkta mätningen.
XRB drivs av en sekvens av reaktioner som involverar instabila kärnor som snabbt fångar protoner innan kärnorna har en chans att sönderfalla. Under denna sekvens minskar hastigheten för särskilda protonfångningsreaktioner vid flera "väntpunkts"-kärnor (som magnesium-22), vilket gör att kärnflödet saktar ner.
Forskning har funnit att infångningen av alfapartiklar (helium-4) av dessa kärnor istället för protoner kan kringgå dessa väntepunkter och fortsätta syntesen av tyngre grundämnen. Att exakt bestämma frekvensen av möjliga reaktioner vid väntepunkterna – inklusive 22 Mg(α,p) 25 Al-reaktion vid magnesium-22-väntpunkten – kan hjälpa forskare att förbättra sin förståelse av XRB.
22 Mg(α,p) 25 Al-reaktion involverar instabila kärnor med livstider för korta för att kärnorna ska kunna göras till mål. För att mäta denna reaktion utförde forskare mätningen i omvänd kinematik med Argonne Tandem Linac Accelerator System (ATLAS), en avdelning för energianvändare vid Argonne National Laboratory.
Forskarna utvecklade en radioaktiv stråle under flygning med ATLAS-systemet under flygning. Strålen levererades till detektorn MUlti-Sampling Ionization Chamber (MUSIC) fylld med ren heliumgas, vilket återskapade förhållanden som är relevanta för XRB.
Experimentet gav en ny direkt mätning av vinkeln och energiintegrerad tvärsektion av 22 Mg(α,p) 25 Al reaktion. Tvärsnittet är ett mått på sannolikheten för att reaktionen ska inträffa.
Experimentet fann att denna sannolikhet är fyra gånger högre än den tidigare direkta mätningen. Denna högre frekvens indikerar en högre sannolikhet att 22 Mg väntepunkt förbigås av 22 Mg(α,p) 25 Al reaktion. Dessutom fann forskarna att reaktionen börjar inträffa vid lägre temperaturer än man tidigare trott.
Det nya resultatet ger insikt i den underliggande fysiken för nukleosyntesreaktionsflödet genom 22 Mg väntepunkt i XRB.
Mer information: H. Jayatissa et al, Studie av Mg22-väntpunkten som är relevant för nukleosyntes med röntgensprängningar via Mg22(α,p)Al25-reaktionen, Physical Review Letters (2023). DOI:10.1103/PhysRevLett.131.112701
Journalinformation: Fysiska granskningsbrev
Tillhandahålls av US Department of Energy
