近日，中国科学院近代物理研究所科研人员及合作者在I型X射线暴研究中取得进展，相关成果发表在The Astrophysical Journal上。 

　　 I型X射线暴是X射线双星系统中X射线突然增强很多倍的现象，其核过程包括3α反应、α质子过程（αp process）以及快质子俘获过程（rp process）。X射线暴过程中，在等待点核区域内的关键核反应将直接影响核反应流，从而影响氢燃烧，导致X射线暴光变曲线的整体趋势发生改变。 

　　此前，有科学家提出在发生I型X射线暴时，快质子俘获核反应流有可能出现GeAs循环的可能性，而⁶⁴Ge是快质子俘获过程中的一个重要的等待点核，并认为确定⁶⁵As及⁶⁶Se的单质子分离能是厘清GeAs循环的关键。在GeAs瞬间弱循环中，⁶⁷As同位素的弱αp反应和其相对强的rp反应导致级联双质子俘获道。大部分的核反应流都经过⁶⁷As及⁶⁸As的rp反应道传到更重的丰质子原子核区，并在该核区产生更多的氢燃烧，从而影响X射线暴光变曲线。 

　　科研人员通过自洽的相对论Hartree-Bogoliubov理论方法求出镜像位移能，并和实验的镜像位移能及镜像原子核质量进行比较，计算出⁶⁶Se的单质子分离能及其可靠误差，从而重新评估了⁶⁵As(p,γ)⁶⁶Se的正向和逆向反应率。 

　　研究人员通过使用KEPLER程序所建构的时钟型X射线暴源（GS 1826–24）模型，研究了新的⁶⁵As(p,γ)⁶⁶Se反应率对光变曲线的影响。研究发现，新的反应率提前且缩短了⁶⁴Ge的级联双质子俘获时间，并增强了核反应流导向更重的丰质子核区，影响了X射线暴末端的氢燃烧，从而对光变曲线尾端产生重大影响。结果也表明，新的反应率在时钟型X射线暴末端会影响灰烬的核素丰度。 

　　该结果给中子星壳层冷却和I型X射线“超暴”（superburst）模型提供了新一组可靠且决定性的核物理输入参数。本研究所使用的分析方法可用于其他I型X射线暴系统的研究，并可在未来扩展至其它天体环境中的爆发性核合成研究。 

　　此外，研究人员通过GS 1826–24 X射线暴源的时钟型光变曲线所得出的红移，预估了该双星系统里的中子星质量半径，限制了理论预值范围，并提出了PSR J1903+0327脉冲星的半径范围。限制中子星质量半径关系的相关信息将对引力波研究有重大影响。 

　　该研究由中科院近代物理研究所主导，联合兰州大学、澳大利亚蒙纳士大学、美国密歇根州立大学等科研单位共同合作完成。 

　　该研究得到了中科院战略性先导科技专项（B类）、国家自然科学基金面上项目、和中国科学院国际人才计划的支持。 

　　文章链接：https://doi.org/10.3847/1538-4357/ac4d8b                                      

图1：在I型X射线暴中吸积盘里的⁶⁴Ge级联双质子俘获，⁶⁴Ge(p,γ)⁶⁵As(p,γ)⁶⁶Se反应。（图/卢宁、蓝乙华） 

　　  图2：GS 1826–24 X射线暴源的时钟型光变曲线。红色线表示用本工作测得的⁶⁵As(p,γ)⁶⁶Se反应率中心值的计算结果。（图源/The Astrophysical Journal） 

　　图3：中子星质量半径关系。通过GS 1826–24 X射线暴源的时钟型光变曲线所得出的红移来预估该双星系统里的中子星质量半径范围（红色带）。更多图解请参考文章正文。（图源/The Astrophysical Journal） 

(储存环物理室 理论物理室 供稿）