Los científicos del Instituto de Física Moderna (IMP) de la Academia de Ciencias de China (CAS) han medido directamente las masas de dos núcleos atómicos altamente inestables, el fósforo-26 y el azufre-27. Estas mediciones de alta precisión proporcionan los datos clave necesarios para calcular las velocidades de reacción nuclear durante las explosiones de rayos X, lo que ayuda a los investigadores a comprender mejor cómo se forman los elementos químicos en algunos de los entornos más extremos del universo.
Se publican los resultados de la investigación. Diario astrofísico El 1 de diciembre.
¿Qué potencia estallan los rayos X tipo I?
Los estallidos de rayos X de tipo I son intensos y se observan explosiones termonucleares recurrentes en toda la galaxia. Suelen ocurrir en sistemas binarios de rayos X de baja masa, donde una estrella de neutrones densa extrae material de una estrella compañera cercana. A medida que se forman hidrógeno y helio en la superficie de una estrella de neutrones, se produce una fisión nuclear inestable, liberando grandes cantidades de energía.
Este proceso explosivo es impulsado por una rápida reacción de captura de protones, conocida como proceso rp. Durante el proceso RP, el núcleo atómico absorbe rápidamente protones y se transforma en elementos más pesados. La rapidez con la que ocurren estas reacciones y qué vías nucleares dominan dependen de la masa exacta de los núcleos involucrados.
Por qué es difícil precisar la masa atómica
Muchos núcleos implicados en el proceso RP existen cerca de la línea de goteo de protones, lo que significa que son muy inestables y se desintegran muy rápidamente. Debido a su corta vida útil, sus masas a menudo no se conocen bien o no se miden en su totalidad. Esta falta de datos ha dificultado a los científicos modelar con precisión las reacciones nucleares durante las explosiones de rayos X.
Dr. IMP. Según Xinliang Yan, uno de los autores correspondientes del estudio, los investigadores han debatido durante años si la vía de reacción que involucra al fósforo-26 y al azufre-27 juega un papel importante en el proceso de RP. La incertidumbre surge principalmente de mediciones de masa faltantes o imprecisas para estos núcleos.
Medición de núcleos raros con alta precisión
Para abordar este problema, el equipo de investigación midió directamente las masas de fósforo-26 y azufre-27 mediante espectrometría de masas isócrona definida por inercia magnética. Los experimentos se llevaron a cabo en el anillo de almacenamiento de enfriamiento de las instalaciones de investigación de iones pesados en Lanzhou (HIRFL-CSR).
Las nuevas mediciones revelaron que la energía de disociación de protones del azufre-27 es entre 129 y 267 keV mayor de lo estimado anteriormente. La precisión de este valor representa una mejora ocho veces mayor que los datos anteriores.
Reacciones rápidas dentro de estrellas en explosión
Utilizando los valores de masa actualizados, los investigadores recalcularon cómo se desarrollan las reacciones nucleares durante las explosiones de rayos X. En condiciones normales de detonación, descubrieron que la velocidad de reacción del 26P(p,γ)27S aumenta significativamente a temperaturas de 0,4 a 2 gigakelvin (GK). A 1 GK, la velocidad de reacción puede ser cinco veces mayor de lo estimado anteriormente.
Los datos corregidos también redujeron en gran medida la incertidumbre en la velocidad de reacción inversa. Como resultado, los modelos predicen una mayor abundancia de azufre-27 que de fósforo-26, lo que indica que el material nuclear fluye más eficientemente hacia el azufre-27 durante estas explosiones estelares.
“Nuestros resultados de masa de alta precisión y las nuevas velocidades de reacción asociadas proporcionan información más confiable para las redes de reacción astrofísica, resolviendo incertidumbres en la ruta de nucleosíntesis dentro de la región de fósforo y azufre de las explosiones de rayos X”, dijo el Dr. Suqing Hou, otro autor del estudio.
Cooperación internacional y apoyo a la investigación.
El proyecto se llevó a cabo en colaboración con investigadores de la Universidad Saitama de Japón y científicos del Centro GSI Helmholtz para la Investigación de Iones Pesados de Alemania y el Instituto Max Planck de Física Nuclear.
La financiación para la investigación provino del Programa Nacional Clave de Investigación y Desarrollo de China, la Asociación de Promoción de la Innovación Juvenil de CAS y el Proyecto de Desarrollo Regional para Jóvenes Académicos de CAS.
