Ein internationales Forschungsteam hat kürzlich eine neue Protoneneinfangreaktionsrate von Kupfer-57 für die extreme astrophysikalische Umgebung an der Oberfläche von Neutronensternen entwickelt. Die Forscher fanden heraus, dass die neue Reaktionsgeschwindigkeit einige der kritischsten Nukleosynthesewege in Typ-I-Röntgenausbrüchen verändert.
Veröffentlicht in Das Astrophysikalische Journalwurde die Studie von Forschern des Institute of Modern Physics der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, der Monash University, des Centre d’Etudes Nucléaires de Bordeaux-Gradignan, des Joint-Institute for Nuclear Astrophysics und RIKEN durchgeführt.
Seit der erste Typ-I-Röntgenausbruch im letzten Jahrhundert entdeckt wurde, waren Astrophysiker sehr daran interessiert, die Physik zu verstehen, die diese Ausbrüche antreibt. Dazu gehört das Verständnis ihrer Energieerzeugung, der Zusammensetzung der Explosionsasche, die auf der Oberfläche von Neutronensternen zurückbleibt, und vielleicht sogar ihres Beitrags zur Bildung einiger der seltensten chemischen Elemente im Universum.
Um genaue Modelle dieser Ausbrüche zu erstellen, müssen die Wissenschaftler zusätzlich zu den makroskopischen astrophysikalischen Bedingungen die nuklearen Reaktionsraten der wichtigsten Nuklide genau kennen. Die detaillierte Kenntnis des nuklearen Reaktionsweges erlaubt ihnen, die Synthesen der chemischen Elemente zu modellieren.
Frühere Studien zeigen, dass die Protoneneinfangreaktion von Kupfer-57 die fünftwichtigste Reaktion ist, die den periodischen thermonuklearen Ausbruch der Röntgenquelle GS 1826-24 beeinflusst.
In dieser Studie erhielt das Forschungsteam die neue Protoneneinfangreaktionsrate von Kupfer-57, die nur 20 % der vorherigen Rate beträgt. Unter Verwendung eines hochmodernen Typ-I-Röntgenburst-Simulationsmodells (KEPLER-Code) reproduzierten sie erfolgreich einen Satz theoretischer Röntgenburst-Lichtkurven, die den beobachteten Lichtkurven von GS 1826-24 X- Strahlenquelle.
Sie fanden heraus, dass die neue Protoneneinfang-Reaktionsrate von Kupfer-57 die Zusammensetzung der Burst-Asche signifikant verändert. Die Zusammensetzung der geplatzten Asche ist ein wesentlicher Bestandteil für die Untersuchung von Superbursts, die diese Asche verbrennen, und der Kühlung von Neutronensternen.
Diese Ergebnisse tragen dazu bei, die Zustandsgleichung von Kernmaterie unter extremen Bedingungen im Inneren von Neutronensternen besser einzuschränken, was ein Schlüsselfaktor für das Verständnis von Gravitationswellen aus Verschmelzungen von binären Neutronensternen und Gegenstücken von Gammastrahlenausbrüchen im Zeitalter der Multi-Messenger-Astronomie ist.
Yi Hua Lam et al, The Regulated NiCu Cycles with the New 57Cu(p,γ)58Zn Reaction Rate and Its Influence on Type I X-Ray Bursts: the GS 1826–24 Clocked Burster, Das Astrophysikalische Journal (2022). DOI: 10.3847/1538-4357/ac4d89