Arsenik-65’in yeni proton yakalama oranı, periyodik termonükleer X-ışını patlamalarını değiştirir

Çin Bilimler Akademisi’nin (CAS) Modern Fizik Enstitüsü’ndeki (IMP) bir araştırma ekibi, Monash Üniversitesi’ndeki uluslararası işbirlikçiler ve Nükleer Astrofizik Ortak Enstitüsü ile birlikte, arsenik-65’in önemli ölçüde revize edilmiş proton yakalama reaksiyon hızını hesapladı. Birikmekte olan nötron yıldızlarının aşırı astrofiziksel ortamları için, astrofizikçilerin periyodik termonükleer X-ışını patlamalarının mekanizmasını araştırmasına izin veriyor. Bu çalışma yayınlandı Astrofizik Dergisi.

Bir yoldaş yıldızdan yıldız yakıtı toplayan bir nötron yıldızının aşırı yoğun zarfında aşırı astrofiziksel bir ortam vardır. Böyle bir zarf, güneşin çekirdeğinin yoğunluğunun yaklaşık 6.600 katına ve sıcaklığının 130 katına kadar çıkabilir. Bu tür aşırı koşullar altında, termonükleer kaçak meydana gelebilir. Hafif çekirdekler daha ağır çekirdeklere kaynaştırılır ve daha sonra daha ağır çekirdekler ek protonları ve alfa parçacıklarını yakalar. Bu nükleer patlama büyük miktarda enerji açığa çıkarır.

Termonükleer kaçaktan kısa bir süre sonra yüzeyden yüksek enerjili X-ışınları patlaması yayılır. Bu, Tip-I X-ışını patlamaları olarak adlandırılan formda gözlemlenebilir. Toplanma devam ederken, bu tür termonükleer patlamalar periyodik olarak tekrarlayabilir. En ünlü örneklerden biri, GS 1826–24 adlı periyodik X-ışını patlamasıdır.

Termonükleer kaçak sırasında, arsenik-65 ve selenyum-66 izotopları, daha sonra germanyum-64 üzerinde proton yakalama yoluyla sentezlenir. Bu çalışmada, araştırmacılar, Tip I X-ışını patlamalarının aşırı yüksek sıcaklık ortamına karşılık gelen koşullar için arsenik-65 izotopu üzerindeki proton yakalama reaksiyon hızını yeniden değerlendirdiler. Arsenik-65 için yoğunluğa bağlı mezon-nükleon eşleşme etkileşimi ile göreli Hartree-Bogoliubov teorisinden çıkarılan yeni ve daha kesin bir proton eşiği kullandılar.

Bu yeni reaksiyon hızı, nükleosentez yolunu ve termonükleer yanmanın oluşabileceği hızı değiştirir. Buna karşılık, bu, Tip I X-ışını patlamalarının, özellikle de ağır çekirdekler üzerindeki nükleer reaksiyonların hakim olduğu geç zamanın parlaklığını ve zaman değişimini etkiler. Aynı zamanda, X-ışını patlamaları tarafından sentezlenen patlama “külleri” çekirdeklerinde değişikliklere neden olur. Bu güncellenmiş, daha doğru reaksiyon hızı, periyodik Tip I X-ışını patlamalarının hidrodinamiğinin anlaşılmasını geliştirir ve derinleştirir.

Ayrıca, bu sonuçlar çıkarsanan nötron yıldızı kütle-yarıçap ilişkisini kritik bir şekilde etkiler ve bu da yüksek yoğunluklu nükleer durum denklemine kısıtlamalar getirir. GS 1826–24’ün yeni nötron yıldızı kütle yarıçapı ilişkisi, nötron yıldızı kütlesinin ve yarıçapının PSR J1903+0327 pulsar ile aynı aralıkta olabileceğini gösterir. Nötron yıldızlarının özellikleri hakkındaki bilgiler, bu özelliklerin kütleçekimsel dalga astronomisinde kullanımını etkiler.