物理学家揭示X射线爆发的反应速率关键数据，助力宇宙探索

来自中国科学院现代物理研究所的研究团队直接测量了两种高度不稳定的原子核的质量，分别为磷-26和硫-27。这些精确的测量为确定X射线爆发期间的核反应速率提供了关键信息，加深了我们对在如此极端条件下元素合成的理解。

研究结果刊登在 天体物理学杂志 上。

理解X射线爆发和rp过程

I型X射线爆发是银河中频繁且剧烈的热核反应，主要发生在由中子星及其伴星组成的低质量X射线双星系统中观察到。这些爆发的能量来自中子星表面氢和氦的不稳定热核反应，涉及快速质子捕获反应，被称为rp过程。在这个过程中，原子核快速捕获质子，从而形成更重的元素。

这些反应的速度和路径关键依赖于相关原子核的精确质量。

然而，rp 过程涉及许多接近质子滴线的核，这些核通常具有短暂的寿命和未知的质量。因此，准确计算核反应路径非常具有挑战性。

新测量和它们的影响

根据研究的共同作者严新亮博士表示，由于缺乏这些核的精确质量数据，涉及磷-26和硫-27的潜在反应分支在 rp 过程中讨论了很多年。

为了获得磷-26和硫-27的准确质量数据，研究人员在兰州重离子研究设施的冷却储存环（HIRFL-CSR）使用磁刚度定义的等时质谱仪进行了直接测量。

他们发现硫-27的质子分离能比之前认为的高出129到267 keV，其测量精度比之前提高了八倍。

利用新的质量数据，研究人员发现，在X射线爆发的条件下，更新后的反应速率 26P(p,γ)27S在0.4–2吉卡尔文（GK）的温度范围内明显增强，在1 GK时达到了之前估计的五倍速率。

反应速率的不确定性已大大降低。新的反应速率发现增加了硫-27与磷-26的丰度比，表明反应过程向硫-27更加高效。

对天体物理研究的影响力

“我们的高精度质量结果和相应的新反应速率为天体物理反应网络提供了更可靠的输入，解决了X射线爆发的磷-硫区域核合成路径中的不确定性，”来自IMP的侯苏青博士说，他是该研究的另一位作者。

该研究与德国重离子研究中心GSI Helmholtz、马克斯·普朗克核物理研究所及日本埼玉大学的研究人员进行合作。

更多信息： Z. Y. Chen 及其合作者, 26P 和 27S 的精确质量测量及其对恒星 X 射线爆发中的 26P(p,γ)27S 反应影响, 天体物理学杂志(2025). DOI: 10.3847/1538-4357/ae1470