Группа исследователей из Института современной физики (IMP) Китайской академии наук (CAS) напрямую измерила массы двух высоконестабильных атомных ядер — фосфора-26 и серы-27.
Эти точные измерения предоставляют важную информацию для определения скорости ядерных реакций во время рентгеновских вспышек, продвигая наше понимание того, как элементы синтезируются в таких экстремальных условиях.
Результаты опубликованы в [The Astrophysical Journal](https://doi.org/10.3847/1538-4357/ae1470).
Рентгеновские вспышки типа I — это частые и мощные термоядерные взрывы в галактике, в основном наблюдаемые в маломассивных рентгеновских двойных системах, состоящих из нейтронной звезды и её звезды-компаньона. Энергия для этих вспышек поступает за счёт нестабильного термоядерного сгорания водорода и гелия на поверхности нейтронной звезды, которое включает быстрые реакции захвата протонов, известные как rp-процесс. В этом процессе атомные ядра быстро захватывают протоны, образуя более тяжёлые элементы.
Скорость и путь этих реакций критически зависят от точных масс соответствующих атомных ядер. Однако rp-процесс включает в себя множество ядер, близких к линии капельного протона, которые обычно имеют короткое время жизни и неизвестные массы. В результате точный расчёт путей ядерных реакций является очень сложной задачей.
По словам доктора Янь Синьляна из IMP, одного из соответствующих авторов исследования, значение потенциальной ветви реакции с участием фосфора-26 и серы-27 в rp-процессе обсуждалось годами из-за отсутствия точных данных о массе этих ядер.
Чтобы получить точные данные о массе фосфора-26 и серы-27, исследователи провели прямые измерения с помощью магнитно-жёсткостной изохронной масс-спектрометрии на охлаждающем накопительном кольце установки для исследований тяжёлых ионов в Ланьчжоу (HIRFL-CSR).
Они обнаружили, что энергия отделения протонов у серы-27 на 129–267 кэВ выше, чем считалось ранее, причём точность измерений улучшилась в восемь раз по сравнению с предыдущими измерениями.
С новыми данными о массе исследователи обнаружили, что в условиях рентгеновских вспышек обновлённая скорость реакции $^{26}$P(p,γ)$^{27}$S значительно увеличивается в диапазоне температур 0,4–2 гигакельвина (ГК), достигая до пяти раз выше ранее оценённой скорости при 1 ГК.
Неопределённость скорости обратной реакции была значительно снижена. Было обнаружено, что новая скорость реакции увеличивает соотношение содержания серы-27 и фосфора-26, указывая на более эффективный ход реакции в сторону серы-27.
«Наши высокоточные массовые результаты и соответствующая новая скорость реакции обеспечивают более надёжные входные данные для астрофизических сетей реакций, устраняя неопределённости на путях нуклеосинтеза в области фосфора-серы при рентгеновских вспышках», — сказал доктор Хоу Суцин из IMP, другой соответствующий автор исследования.
Исследование проводилось в сотрудничестве с исследователями из Центра Гельмгольца по исследованиям тяжёлых ионов в Германии (GSI) и Института ядерной физики Общества Макса Планка, а также из Университета Сайтама в Японии.
Предоставлено [Китайской академией наук](https://phys.org/partners/chinese-academy-of-sciences/)