科学家直接测量中子星双星中的关键反应

X射线爆发(XRB)是中子星吸收伴星物质时在其表面发生的剧烈爆炸。在吸收过程中，中子星表面温度和密度的增加引发了一系列热核反应。

这些反应产生重化学元素的原子。发表在《物理评论快报》上的一项研究对其中一个反应22Mg(α,p)25Al(镁22和氦4，产生质子和铝25)进行了研究。该反应速率在XRB模型和确定驱动这些爆炸的反应机制方面发挥着重要作用。研究人员发现，反应速率比之前的直接测量提高了四倍。

XRB由一系列涉及不稳定原子核的反应驱动，这些反应在原子核有机会衰变之前快速捕获质子。在此序列中，特定质子俘获反应的速率在多个“等待点”原子核(例如镁22)处降低，导致核流减慢。

研究发现，这些原子核捕获α粒子(氦4)而不是质子可以绕过这些等待点并继续合成较重元素。精确确定等待点可能发生的反应速率(包括镁22等待点的22Mg(α,p)25Al反应)可以帮助科学家提高对XRB的了解。

22Mg(α,p)25Al反应涉及不稳定的核，其寿命太短而无法制成靶材。为了测量这种反应，科学家们使用阿贡国家实验室能源部用户设施阿贡串联直线加速器系统(ATLAS)进行逆运动学测量。

研究人员利用ATLAS飞行系统开发了飞行中放射性束。光束被传送到充满纯氦气的多重采样电离室(MUSIC)探测器，重现与XRB相关的条件。

该实验对22Mg(α,p)25Al反应的角度和能量积分截面进行了新的直接测量。横截面是反应发生概率的度量。

实验发现这个概率比之前直接测量的概率高出四倍。该较高速率表明22Mg(α,p)25Al反应绕过22Mg等待点的可能性较高。此外，科学家们发现反应开始发生的温度比之前想象的要低。

新结果提供了对XRB中通过22Mg等待点的核合成反应流的基本物理原理的深入了解。

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