研究测得x射线暴温区关键(α,p)反应率 -凯发k8国际首页登录

　　近日，由中国科学院近代物理研究所主导，联合日本东京大学、英国爱丁堡大学、意大利国家核物理研究院（infn）、韩国成均馆大学、加拿大麦克马斯特大学、澳大利亚蒙纳士大学等，通过实验首次得到x射线暴温度区间的²²mg(α,p)²⁵al天体反应率，为剖析x射线暴的光变曲线和x射线双星系统的天体物理环境，提供了重要的实验数据。10月19日，相关研究成果发表在physics review letters上。

　　i型x射线暴是x射线双星系统中x射线突然增强很多倍的现象，其核过程包括3α反应、αp突破过程及rp过程。在αp过程中，关键(α,p)反应直接影响核反应流，从而影响氢燃烧，导致x射线暴光变曲线的整体趋势发生改变。理论家预言，在所有的(α,p)突破反应中，²²mg(α,p)²⁵al反应率对x射线暴光变曲线的影响最大。而长期以来，该反应的实验数据严重缺失，给x射线暴理论模型的预言带来了极大的不确定性。

　　在x射线暴温区（0.4-2.0 gk），²²mg(α,p)²⁵al反应的截面极小，直接测量面临统计严重不足的问题。近代物理所提出了间接测量的方法，即利用²⁵al p共振散射研究复合核²⁶si的能级性质，寻找对²²mg(α,p)²⁵al反应率有贡献的能级，确定它们的能级性质，从而计算反应率。

　　实验在日本东京大学原子核科学研究中心放射性束装置crib进行。实验中，科研人员利用crib终端提供的放射性束²⁵al轰击(ch₂)_n靶，通过靶后硅探测器阵列对反冲质子进行测量，运用逆运动学厚靶技术重构出²⁵al p弹性散射的激发函数。研究显示，²⁶si的13条共振能级，其中在α阈以上的能区发现了4条自然宇称态，它们对²²mg(α,p)²⁵al的反应率产生重要贡献。利用这些共振能级的信息，研究首次通过实验得到了x射线暴温区的²²mg(α,p)²⁵al天体反应率。

　　结合实验结果，理论研究人员对时钟型x射线暴源（gs 1826-24）的光变曲线进行计算和拟合，结果证明实验得到的²²mg(α,p)²⁵al反应率对光变曲线有重要影响，模型拟合结果更接近观测得到的光变曲线（平均偏差< 9%）；针对光球半径膨胀型x射线暴源（sax j1808.4–3658），研究提出了在吸积包层里的氦丰度新约束，修正了理论模型，重现了辐照度随复现时间变化的观测谱。这将有助于更深入地阐释x射线暴的光变曲线和光球半径膨胀型x射线暴源。

　　研究工作得到国家重点研发计划、中科院战略性先导科技专项（b类）、国家自然科学基金面上项目和中科院国际人才计划的支持。

图1.i型x射线暴的艺术图（图源/ gabriel pérez díaz，instituto de astrofísica de canarias）

图2.kepler程序对x射线暴源gs1826-24模型计算结果。红色线表示用本工作测得的²²mg(α,p)²⁵al反应率的计算结果（图源/physics review letters）