Fig. 1 Représentation artistique d'une étoile à neutrons accrétant de la matière à partir de l'enveloppe de son compagnon. Crédit :Gabriel Pérez Diaz, Instituto de Astrofísica de Canarias
Une équipe de recherche internationale a effectué une nouvelle mesure d'une réaction astrophysique importante, 22 Mg(α, p) 25 Al, fournir des données expérimentales essentielles pour comprendre la courbe de lumière des sursauts de rayons X et l'environnement astrophysique dans les binaires de rayons X de faible masse.
Certaines étoiles massives terminent leur vie dans des supernovae, qui sont des explosions extrêmement violentes qui produisent des étoiles à neutrons. Le plus souvent, les supernovae sont asymétriques, et les étoiles à neutrons produites sont poussées à une vitesse allant jusqu'à 550 km/s pour rencontrer une étoile compagne à vie si elles ont de la chance ; sinon, ils seront des rangers solitaires dans le cosmos.
En raison de l'énorme force gravitationnelle de l'étoile à neutrons, les principaux composants du combustible stellaire de l'étoile compagne sont siphonnés vers l'étoile à neutrons, formant ainsi une enveloppe entourant l'atmosphère de l'étoile à neutrons. Le carburant stellaire dans l'enveloppe est encore comprimé puis fusionné pour former des éléments chimiques plus lourds, comme le carbone, l'oxygène et l'azote. De telles fusions continuent de synthétiser des éléments plus lourds jusqu'à ce que le combustible stellaire accrété soit épuisé.
Tout au long du processus de fusion, rayons X énergétiques, des milliers de fois plus brillant que notre Soleil, sont émis par l'enveloppe à très haute densité. De telles impulsions de rayons X énergétiques sont appelées sursauts de rayons X de type I. Aussi, l'étoile à neutrons et l'étoile compagne qui donnent naissance à ces sursauts sont appelées sursauts à rayons X.
A partir de maintenant, plus de 7, 000 sursauts de rayons X émis par 115 sursauts de rayons X ont été observés. Cependant, aucun de ces sursauts observés ne peut être reproduit fidèlement par les modèles théoriques. L'une des raisons sous-jacentes est la grande incertitude dans les réactions de fusion importantes influençant le début des sursauts de rayons X. Un exemple est la réaction alpha-proton du magnésium-22, 22 Mg+α→ 25 Al+p, qui a été renommé 22 Mg(α, p) 25 Al par des physiciens nucléaires.
Néanmoins, données expérimentales liées à la 22 Mg(α, p) 25 Al réaction sont très rares. Chercheurs de l'Institut de physique moderne (IMP) de l'Académie chinoise des sciences (CAS), en collaboration avec des japonais, Australien, Britanique, Italien, scientifiques américains et coréens, ont mesuré les propriétés importantes de la 22 Mg(α, p) 25 Al réaction.
Fig. 2 La ligne de base la mieux ajustée et les courbes de lumière modélisées actuelles à la courbe de lumière observée de l'événement de juin 1998, et le meilleur ajustement Randhawa et al. (2020) ont modélisé les courbes de lumière jusqu'à l'événement de septembre 2000. Les courbes de lumière agrandies au pic de la rafale et t=20-70s sont affichées dans les encarts gauche et droit, respectivement. Crédit: Lettres d'examen physique
« En raison des sections transversales extrêmement basses, la mesure directe est encore une tâche très difficile à l'heure actuelle. Nous avons proposé de déduire la vitesse de réaction via une mesure indirecte, qui est la mesure de diffusion résonante de 25 Al+p avec la capacité de sélectionner et de mesurer les résonances protoniques contribuant à la vitesse de réaction, " a déclaré Hu Jun, chercheur à l'IMP.
L'expérience a été menée à l'usine de faisceaux d'ions radioactifs exploitée par le RIKEN Nishina Center et le Center for Nuclear Study, Université de Tokyo.
Les chercheurs ont obtenu le premier 22 Mg(α, p) 25 Taux de réaction d'Al dans la fenêtre de Gamow à travers des expériences, réduisant ainsi considérablement l'incertitude de cette réaction correspondant au régime de température extrême du sursaut de rayons X, qui est environ 130 fois la température du noyau du soleil.
Utiliser le nouveau 22 Mg(α, p) 25 taux de réaction d'Al, ils reproduisaient fidèlement la courbe de lumière éclatée du sursaut à rayons X GS 1826-24 enregistré en juin 1998. Pendant ce temps, ils ont découvert que le 22 Mg(α, p) 25 La réaction de l'Al était fortement corrélée avec le pourcentage d'hélium dans l'enveloppe à haute densité et a reproduit avec succès les fluences et les temps de récurrence du sursaut d'expansion du rayon photosphérique SAX J1808.4–3658 enregistré lors de l'événement d'octobre 2002.
"Indubitablement, une reproduction fidèle de l'observation aide les chercheurs à interpréter de manière convaincante les informations physiques cachées encapsulées dans les sursauts de rayons X observés, " dit Lam Yi Hua, chercheur à l'IMP.
Un article décrivant ces résultats a été publié dans Lettres d'examen physique le 19 octobre.
