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2026-01-03 06:14:00
中国科学院（CAS）現代物理研究所（IMP）の科学者らは、極めて不安定な2つの原子核、リン26と硫黄27の質量を直接測定した。これらの高精度測定は、X 線バースト中の核反応速度を計算するために必要な重要なデータを提供し、研究者が宇宙の最も極端な環境で化学元素がどのように生成されるかをより深く理解するのに役立ちます。
研究結果は、 天体物理ジャーナル 12月1日。
I 型 X 線バーストの原動力となるもの
タイプ I X 線バーストは、銀河全体で見られる強力で繰り返し起こる熱核爆発です。これらは通常、高密度の中性子星が近くの伴星から物質を引き寄せる低質量 X 線連星系で発生します。水素とヘリウムが中性子星の表面に蓄積すると、不安定な核燃焼が起こり、膨大な量のエネルギーが放出されます。
この爆発プロセスは、rp プロセスとして知られる急速なプロトン捕獲反応によって引き起こされます。 rp プロセス中、原子核はすぐに陽子を吸収し、より重い元素に変わります。これらの反応がどのくらいの速さで起こるか、またどの核経路が支配的になるかは、関与する核の正確な質量に強く依存します。
核の質量を特定するのが難しい理由
rp プロセスに関与する原子核の多くは陽子ドリップラインの近くに存在するため、非常に不安定で、非常に早く崩壊します。寿命が短いため、その質量はほとんど知られていなかったり、まったく測定されていなかったりすることがよくあります。このデータ不足により、科学者が X 線バースト時の核反応を正確にモデル化することが困難になっています。
この研究の責任著者の一人であるIMPのXinliang Yan博士によると、研究者らはリン26と硫黄27が関与する反応経路がrpプロセスにおいて重要な役割を果たしているかどうかについて長年議論してきたという。不確実性の主な原因は、これらの原子核の質量測定の欠落または不正確さにありました。
希少原子核を高精度に測定
この問題を解決するために、研究チームは磁気剛性定義等時性質量分析法を使用してリン 26 と硫黄 27 の質量を直接測定しました。実験は蘭州の重イオン研究施設の冷却貯蔵リング (HIRFL-CSR) で実施されました。
爆発する星の中でのより速い反応
研究者らは、更新された質量値を使用して、X 線バースト中に核反応がどのように進行するかを再計算しました。典型的なバースト条件下では、26P(p,γ)27S の反応速度が 0.4 ～ 2 ギガケルビン (GK) の範囲の温度にわたって大幅に増加することを発見しました。 1 GK では、反応速度は以前の推定値の 5 倍も高くなる可能性があります。
改訂されたデータにより、逆反応率の不確実性も大幅に減少しました。その結果、モデルはリン 26 に比べて硫黄 27 の存在量がより多くなると予測し、これらの星の爆発中に核物質が硫黄 27 に向かってより効率的に流れることを示しています。
この研究のもう一人の責任著者であるIMPのSuqing Hou博士は、「我々の高精度質量結果とそれに対応する新しい反応速度は、天体物理反応ネットワークにより信頼性の高い入力を提供し、X線バーストのリン・硫黄領域内の元素合成経路の不確実性を解決する」と述べた。
国際協力と研究支援
このプロジェクトは、ドイツのGSIヘルムホルツ重イオン研究センターとマックス・プランク核物理研究所の科学者、そして日本の埼玉大学の研究者と協力して実施されました。
この研究への資金提供は、中国国家重点研究開発プログラム、CASの青少年イノベーション促進協会、CASの地域開発若手学者プロジェクトから提供された。
#2つの不安定な原子が中性子星の爆発を書き換えている