X線バースト反応率決定のための重要な質量データを提供(Physicists Provide Key Mass Data for Determining X-ray Burst Reaction Rate)

2025-12-05 中国科学院(CAS)

中国科学院近代物理研究所(IMP)の研究チームは、極めて不安定な原子核であるリン26(26P)と硫黄27(27S)の質量を冷却蓄積リング(HIRFL-CSR)で直接測定し、その精密値を取得した。これらはX線バースト時に起こる急速陽子捕獲反応(rp過程)の反応経路に重要な役割を持つが、短寿命かつ未知の質量が多く、長年議論の対象となっていた。新測定により、27S の陽子分離エネルギーは従来より129〜267 keV高いことが判明し精度も8倍向上。これを基に26P(p,γ)27S反応率を再評価したところ、0.4〜2 GKで大幅に増加し、1 GKでは従来の最大5倍に達した。また逆反応の不確実性も減少し、27S生成への反応流が強化されることが示された。これらの成果はX線バーストにおける元素合成経路の不確実性を解消する上で重要なデータを提供する。

X線バースト反応率決定のための重要な質量データを提供(Physicists Provide Key Mass Data for Determining X-ray Burst Reaction Rate)
Figure 1. The mass abundance distribution map at 100 seconds after the start of the rp-process. (Image from IMP)

<関連情報>

恒星X線バーストにおける26Pと27Sの精密質量測定と26P ( p , γ ) 27S反応への影響 Precision Mass Measurement of 26P and 27S and Their Impact on the 26P(p,γ)27S Reaction in Stellar X-Ray Bursts

Z. Y. Chen, X. L. Yan, S. Q. Hou, J. B. Liu, J. Y. Shi, X. H. Zhou, Y. H. Zhang, M. Wang, X. Zhou, M. Zhang,…
The Astrophysical Journal  Published: 2025 December 1
DOI:10.3847/1538-4357/ae1470

Abstract

Based on the experimental Cooler Storage Ring in Lanzhou, we directly determined the masses of 27S and 26P using -defined isochronous mass spectrometry. The mass excesses were determined to be 17,437(24) keV for 27S and 10,997(10) keV for 26P. These values yield a proton separation energy of 849(26) keV for 27S, representing an eightfold precision improvement over the previous one of 581(214) keV. With precisely measured masses, we evaluated the thermonuclear 26P(p, γ)27S reaction rate under X-ray burst conditions. The updated rate is enhanced within the 0.4–2 GK temperature range, reaching up to 5 times the previous rate at 1 GK. The uncertainty of the reverse 27S(γ, p)26P reaction rate is drastically reduced with the new high-precision mass results, from over 10 orders of magnitude to less than one. We further assessed the impact of the revised rates on the nucleosynthesis in Type I X-ray bursts using a one-zone postprocessing model. The results show that the final abundance ratio of 27S to 26P is increased by about 1 order of magnitude, indicating a more efficient reaction flow toward 27S. Although the sequence 25Si(p, γ)26P(p, γ)27S(β+)27P is not on the main rp-process path, it emerges as a nonnegligible branch contributing to 27P synthesis.

1701物理及び化学
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