4 мая 2022

Новая скорость захвата протонов мышьяком-65 изменяет космические термоядерные рентгеновские всплески

Исследовательская группа из Института современной физики (IMP) Китайской академии наук (CAS) совместно с международными коллегами из Университета Монаша и Объединенного института ядерной астрофизики вычислила значительно пересмотренную скорость реакции захвата протонов мышьяком-65 для экстремальных астрофизических условий аккрецирующих нейтронных звезд, что позволяет астрофизикам исследовать механизм периодических термоядерных рентгеновских всплесков. Это исследование было опубликовано в журнале The Astrophysical Journal.

Экстремальная астрофизическая среда существует в чрезвычайно плотной оболочке нейтронной звезды, которая получает звездное топливо от звезды-компаньона. Плотность такой оболочки может примерно в 6 600 раз превышать плотность ядра Солнца, а температура - в 130 раз. В таких экстремальных условиях может произойти термоядерный взрыв. Легкие ядра сливаются в более тяжелые ядра, а затем тяжелые ядра захватывают дополнительные протоны и альфа-частицы. В результате ядерного взрыва высвобождается огромное количество энергии.

Вскоре после термоядерного взрыва с поверхности испускается всплеск высокоэнергетического рентгеновского излучения. Это можно наблюдать в виде так называемых рентгеновских всплесков типа I. По мере продолжения аккреции такие термоядерные всплески могут периодически повторяться. Одним из самых известных примеров является периодический рентгеновский всплеск, названный GS 1826-24.

Во время термоядерного выброса изотопы мышьяка-65 и селена-66 синтезируются путем последующего захвата протонов на германии-64. В данном исследовании ученые заново оценили скорость реакции захвата протонов на изотопе мышьяка-65 для условий, соответствующих чрезвычайно высокотемпературной среде рентгеновских всплесков I типа. Они использовали новый и более точный протонный порог для мышьяка-65, который был выведен из релятивистской теории Хартри-Боголюбова с зависящим от плотности взаимодействием мезон-нуклонной связи.

Эта новая скорость реакции изменяет путь нуклеосинтеза и скорость, с которой может произойти термоядерное горение. В свою очередь, это влияет на яркость и временные изменения рентгеновских всплесков I типа, в частности, на поздний период, в котором доминируют ядерные реакции на тяжелых ядрах. Это также приводит к изменениям в "пепле" всплеска, ядрах, синтезированных в результате рентгеновских всплесков. Эта обновленная, более точная скорость реакции уточняет и углубляет понимание гидродинамики периодических рентгеновских всплесков I типа.

Более того, эти результаты критически влияют на выведенное соотношение массы и радиуса нейтронной звезды, что, в свою очередь, накладывает ограничения на уравнение состояния ядер высокой плотности. Новая зависимость массы нейтронной звезды GS 1826-24 от радиуса указывает на то, что ее звездная масса и радиус могут находиться в том же диапазоне, что и у пульсара PSR J1903+0327. Информация о свойствах нейтронных звезд влияет на использование этих свойств в гравитационно-волновой астрономии.