砷65的新质子捕获率改变周期性热核X射线爆发

中国科学院近代物理研究所(IMP)的一个研究小组与莫纳什大学和核天体物理联合研究所的国际合作者一起计算了砷65的质子俘获反应速率的显着修正对于吸积中子星的极端天体物理环境,天体物理学家可以探索周期性热核X射线爆发的机制。这项研究已发表在《天体物理学杂志》上。

 文学

极端的天体物理环境存在于中子星极其致密的外壳中,它从伴星中吸积恒星燃料。这样的外壳可以达到太阳核心密度的约6,600倍,以及其温度的130倍。在这种极端条件下,可能会发生热核失控。轻原子核融合成较重的原子核,然后较重的原子核捕获额外的质子和α粒子。这种核爆炸释放出大量的能量。

热核失控后不久,地表会发出一阵高能X射线。这可以以所谓的I型X射线爆发的形式观察到。随着吸积的继续,这种热核爆发会周期性地重现。最著名的例子之一是名为GS1826-24的周期性X射线爆发。

在热核失控期间,砷65和硒66同位素通过随后在锗64上的质子捕获而合成。在这项研究中,研究人员重新评估了与I型X射线爆发的极高温度环境相对应的条件下,砷65同位素上质子捕获的反应速率。他们对砷65使用了一个新的、更精确的质子阈值,该阈值是从具有密度依赖的介子-核子耦合相互作用的相对论Hartree-Bogoliubov理论推导出来的。

这种新的反应速率改变了核合成路径和热核燃烧发生的速度。反过来,这会影响I型X射线爆发的亮度和时间变化,尤其是由重核上的核反应主导的后期。它还导致爆发“灰烬”的变化,由X射线爆发合成的原子核。这种更新的、更准确的反应速率改进并加深了对周期性I型X射线爆发流体动力学的理解。

此外,这些结果对推导出的中子星质量半径关系产生了严重影响,这反过来又对高密度核状态方程施加了限制。GS1826-24新的中子星质量半径关系表明其中子星质量和半径可能与PSRJ1903+0327脉冲星处于同一范围内。有关中子星特性的信息会影响这些特性在引力波天文学中的使用。

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