Fig. 1 Representación artística de una estrella de neutrones que acrecienta materia de la envoltura de su compañera. Crédito: Gabriel Pérez Díaz, Instituto de Astrofísica de Canarias
Un equipo de investigación internacional ha realizado una nueva medición de una importante reacción astrofísica, 22 Mg (α, p) 25 Al, proporcionando datos experimentales esenciales para comprender la curva de luz de las explosiones de rayos X y el entorno astrofísico en rayos X de baja masa. binarios.
Algunas estrellas masivas terminan su vida en las llamadas supernovas, que son explosiones extremadamente violentas que producen estrellas de neutrones . La mayoría de las veces, las supernovas son asimétricas, y las estrellas de neutrones que se producen son impulsadas con una velocidad de hasta 550 km / s para encontrarse con una estrella compañera de por vida si tienen suerte; de lo contrario, serán guardabosques solitarios en el cosmos.
Debido a la enorme fuerza gravitacional de la estrella de neutrones, los componentes principales del combustible estelar de la estrella compañera se desvían a la estrella de neutrones, formando así una envoltura que rodea la atmósfera de la estrella de neutrones. El combustible estelar en la envoltura se comprime aún más y luego se fusiona para formar elementos químicos más pesados, como carbono, oxígeno y nitrógeno. Tales fusiones siguen sintetizando elementos más pesados hasta que se agota el combustible estelar acumulado.
A lo largo del proceso de fusión, se emiten rayos X energéticos, miles de veces más brillantes que nuestro Sol, desde la envoltura de densidad extremadamente alta. Dichos pulsos de rayos X energéticos se denominan ráfagas de rayos X de tipo I. Además, la estrella de neutrones y la estrella compañera que dan a luz a estas explosiones se denominan explosiones de rayos X.
Hasta el momento, se han observado más de 7.000 ráfagas de rayos X emitidas por 115 ráfagas de rayos X. Sin embargo, ninguno de estos estallidos observados puede reproducirse de cerca mediante modelos teóricos. Una de las razones subyacentes es la gran incertidumbre en las reacciones de fusión importantes que influyen en la aparición de ráfagas de rayos X. Un ejemplo es la reacción alfa-protón del magnesio-22, 22 Mg + α → 25 Al + p, que los físicos nucleares han rebautizado 22 Mg (α, p) 25 Al.
Sin embargo, los datos experimentales relacionados con la reacción de 22 Mg (α, p) 25 Al son muy escasos. Investigadores del Instituto de Física Moderna (IMP) de la Academia de Ciencias de China (CAS), en colaboración con científicos japoneses, australianos, británicos, italianos, estadounidenses y coreanos, han medido las importantes propiedades de los 22 Mg (α, p) Reacción de 25 Al.
Fig. 2 El mejor ajuste de las curvas de luz modeladas de línea de base y Presente a la curva de luz observada del evento de junio de 1998, y el mejor ajuste Randhawa et al. (2020) modelaron las curvas de luz para el evento de septiembre de 2000. Las curvas de luz aumentadas en el pico de ráfaga yt = 20–70s se muestran en los recuadros de la izquierda y la derecha, respectivamente. Crédito: Cartas de revisión física
"Debido a las secciones transversales extremadamente bajas, la medición directa sigue siendo una tarea muy difícil en la actualidad. Propusimos deducir la velocidad de reacción a través de la medición indirecta, que es la medición de dispersión resonante de 25 Al + p con la capacidad de seleccionar y medir protones resonancias que contribuyen a la velocidad de reacción ", dijo Hu Jun, investigador de IMP.
El experimento se llevó a cabo en la Fábrica de Rayos de Iones Radiactivos operada por el Centro RIKEN Nishina y el Centro de Estudios Nucleares de la Universidad de Tokio.
Los investigadores obtuvieron la primera velocidad de reacción de 22 Mg (α, p) 25 Al en la ventana de Gamow a través de experimentos, reduciendo así enormemente la incertidumbre de esta reacción correspondiente al régimen de temperatura extrema de explosión de rayos X, que es aproximadamente 130 veces la temperatura de el núcleo del sol.
Usando la nueva velocidad de reacción de 22 Mg (α, p) 25 Al, reprodujeron de cerca la curva de luz de explosión de la explosión de rayos X GS 1826-24 registrada en el evento de junio de 1998. Mientras tanto, descubrieron que los 22 Mg (α, p) La reacción de 25 Al se correlacionó fuertemente con el porcentaje de helio en la envoltura de alta densidad y reprodujo con éxito las fluencias y los tiempos de recurrencia de la explosión de expansión del radio fotosférico SAX J1808.4-3658 registrado en el evento de octubre de 2002.
"Sin duda, una reproducción cercana de la observación ayuda a los investigadores a interpretar de manera convincente la información física oculta encapsulada en las explosiones de rayos X observadas", dijo Lam Yi Hua, investigador del IMP.
Un artículo que describe estos hallazgos se publicó en Physical Review Letters el 19 de octubre.
