Une équipe de recherche de l’Institut de physique moderne (IMP) de l’Académie chinoise des sciences (CAS), en collaboration avec des collaborateurs internationaux de l’Université Monash et de l’Institut commun d’astrophysique nucléaire, a calculé un taux de réaction de capture de protons considérablement révisé de l’arsenic-65 pour les environnements astrophysiques extrêmes des étoiles à neutrons en accrétion, permettant aux astrophysiciens de sonder le mécanisme des sursauts thermonucléaires périodiques de rayons X. Cette étude a été publiée dans Le Journal Astrophysique.
Un environnement astrophysique extrême existe à l’enveloppe extrêmement dense d’une étoile à neutrons qui accrète le carburant stellaire d’une étoile compagne. Une telle enveloppe peut représenter jusqu’à environ 6 600 fois la densité du noyau du soleil et 130 fois sa température. Dans des conditions aussi extrêmes, un emballement thermonucléaire peut se produire. Les noyaux légers sont fusionnés en noyaux plus lourds, puis les noyaux plus lourds capturent des protons et des particules alpha supplémentaires. Cette explosion nucléaire libère de grandes quantités d’énergie.
Une rafale de rayons X à haute énergie est émise depuis la surface peu de temps après l’emballement thermonucléaire. Cela peut être observé sous la forme de sursauts de rayons X dits de type I. Au fur et à mesure que l’accrétion se poursuit, de telles explosions thermonucléaires peuvent se reproduire périodiquement. L’un des exemples les plus célèbres est le sursaut à rayons X périodique nommé GS 1826–24.
Pendant l’emballement thermonucléaire, les isotopes de l’arsenic-65 et du sélénium-66 sont synthétisés par capture ultérieure de protons sur le germanium-64. Dans cette étude, les chercheurs ont réévalué la vitesse de réaction de la capture de protons sur l’isotope arsenic-65 pour des conditions correspondant à l’environnement à température extrêmement élevée des sursauts de rayons X de type I. Ils ont utilisé un nouveau seuil de proton plus précis pour l’arsenic-65, qui a été déduit de la théorie relativiste de Hartree-Bogoliubov avec une interaction de couplage méson-nucléon dépendant de la densité.
Cette nouvelle vitesse de réaction modifie la voie de nucléosynthèse et la vitesse à laquelle la combustion thermonucléaire peut se produire. Cela affecte à son tour la luminosité et la variation temporelle des sursauts de rayons X de type I, en particulier le temps tardif qui est dominé par les réactions nucléaires sur les noyaux lourds. Il en résulte également des modifications des « cendres » de l’éclatement, noyaux synthétisés par les éclats de rayons X. Cette vitesse de réaction actualisée et plus précise affine et approfondit la compréhension de l’hydrodynamique des sursauts périodiques de rayons X de type I.
De plus, ces résultats ont un impact critique sur la relation masse-rayon déduite de l’étoile à neutrons, qui, à son tour, impose des contraintes sur l’équation d’état nucléaire à haute densité. La nouvelle relation du rayon de masse de l’étoile à neutrons de GS 1826–24 indique que la masse et le rayon de son étoile à neutrons pourraient être dans la même gamme que le pulsar PSR J1903 + 0327. Les informations sur les propriétés des étoiles à neutrons ont un impact sur l’utilisation de ces propriétés dans l’astronomie des ondes gravitationnelles.
Yi Hua Lam et al, Impact du nouveau taux de réaction 65As (p, γ) 66Se sur la capture séquentielle à deux protons de 64Ge, des cycles GeAs faibles et des rafales de rayons X de type I telles que le Burster cadencé GS 1826−24, Le Journal Astrophysique (2022). DOI : 10.3847/1538-4357/ac4d8b