Représentation artistique d’une étoile à neutrons accrétant de la matière à partir de l’enveloppe de son compagnon. Crédit : Gabriel Pérez Díaz, SMM (IAC)
Une équipe de recherche internationale a effectué une nouvelle mesure d’une réaction astrophysique importante, 22Mg(a, p)25Al, fournissant des données expérimentales essentielles pour comprendre la courbe de lumière des sursauts de rayons X et l’environnement astrophysique dans les binaires de rayons X de faible masse.
Certaines étoiles massives terminent leur vie dans ce qu’on appelle des supernovae, qui sont des explosions extrêmement violentes qui produisent des étoiles à neutrons. Le plus souvent, les supernovae sont asymétriques et les étoiles à neutrons produites sont poussées à une vitesse allant jusqu’à 550 km/s pour rencontrer une étoile compagne à vie si elles ont de la chance ; sinon, ils seront des rangers solitaires dans le cosmos.
En raison de l’énorme force gravitationnelle du étoile à neutrons, les principaux composants du combustible stellaire de l’étoile compagne sont siphonnés vers l’étoile à neutrons, formant ainsi une enveloppe entourant l’atmosphère de l’étoile à neutrons. Le carburant stellaire dans l’enveloppe est encore comprimé puis fusionné pour former des éléments chimiques plus lourds, comme le carbone, l’oxygène et l’azote. De telles fusions continuent de synthétiser des éléments plus lourds jusqu’à ce que le combustible stellaire accrété soit épuisé.
Tout au long du processus de fusion, des rayons X énergétiques, des milliers de fois plus brillants que notre Soleil, sont émis par l’enveloppe à très haute densité. De telles impulsions de rayons X énergétiques sont appelées sursauts de rayons X de type I. De plus, l’étoile à neutrons et l’étoile compagne qui donnent naissance à ces sursauts sont appelées sursauts à rayons X.
À ce jour, plus de 7 000 sursauts de rayons X émis par 115 sursauts de rayons X ont été observés. Cependant, aucun de ces sursauts observés ne peut être reproduit fidèlement par des modèles théoriques. L’une des raisons sous-jacentes est la grande incertitude dans les réactions de fusion importantes influençant le début des sursauts de rayons X. Un exemple est la réaction alpha-proton du magnésium-22, 22Mg+a ?25Al+p, qui a été renommé 22Mg(a, p)25Al par des physiciens nucléaires.
Néanmoins, les données expérimentales relatives à la 22Mg(a, p)25Al réaction sont très rares. Des chercheurs de l’Institut de physique moderne (IMP) de l’Académie chinoise des sciences (CAS), en collaboration avec des scientifiques japonais, australiens, britanniques, italiens, américains et coréens, ont mesuré les propriétés importantes du 22Mg(a, p)25Al réaction.
« En raison des sections transversales extrêmement faibles, la mesure directe est encore une tâche très difficile à l’heure actuelle. Nous avons proposé de déduire la vitesse de réaction via une mesure indirecte, qui est la mesure de diffusion résonante de 25Al+p avec la capacité de sélectionner et de mesurer les résonances des protons contribuant à la vitesse de réaction », a déclaré HU Jun, chercheur à l’IMP.
L’expérience a été menée à l’usine de faisceaux d’ions radioactifs exploitée par le Centre RIKEN Nishina et le Centre d’études nucléaires de l’Université de Tokyo.
Les chercheurs ont obtenu le premier 22Mg(a, p)25Taux de réaction de l’Al dans la fenêtre de Gamow grâce à des expériences, réduisant ainsi considérablement l’incertitude de cette réaction correspondant au régime de température extrême des sursauts de rayons X, qui est environ 130 fois la température du noyau du soleil.
Utiliser le nouveau 22Mg(a, p)25Al taux de réaction, ils ont reproduit fidèlement la courbe de lumière éclatée du sursaut à rayons X GS 1826-24 enregistré en cas de juin 1998. Entre-temps, ils ont découvert que le 22Mg(a, p)25La réaction de l’Al était fortement corrélée avec le pourcentage d’hélium dans l’enveloppe à haute densité et a reproduit avec succès les fluences et les temps de récurrence du sursaut d’expansion de rayon photosphérique SAX J1808.4–3658 enregistré lors de l’événement d’octobre 2002.
“Sans aucun doute, une reproduction fidèle de l’observation aide les chercheurs à interpréter de manière convaincante les informations physiques cachées encapsulées dans les sursauts de rayons X observés”, a déclaré LAM Yi Hua, chercheur à l’IMP.
Un article décrivant ces résultats a été publié dans Lettres d’examen physique.
Référence : « Avancement de l’expansion du rayon photophérique et des modèles de rafales de rayons X de type I synchronisés avec le nouveau 22Mg(a, p)25Taux de réaction d’Al déterminé à l’énergie de Gamow » par J. Hu et al., 19 octobre 2021, Lettres d’examen physique.
DOI : 10.1103/PhysRevLett.127.172701
Ce travail a été soutenu par le Programme majeur de développement de la recherche fondamentale de l’État de Chine, le Programme de recherche prioritaire stratégique de la CAS, l’Initiative de bourses internationales du Président de la CAS et la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine.
