The Influence of a Shock on the Nucleosynthesis Developing during the Explosion of a Low-Mass Neutron Star
本研究针对密近双星剥离形成的低质量中子星爆炸场景,分析了爆炸激波加热对核合成的影响,发现激波短期加热会显著改变内壳层r过程元素合成结果,且外壳层会生成质量数50-130的新元素。
2024-11-01 astro-ph.HE astro-ph.SR
The Diverse Origins of Neutron-Capture Elements in the Metal-Poor Star HD 94028: Possible Detection of Products of i-process Nucleosynthesis
我们详细分析了贫金属([Fe/H]=-1.62+/-0.09)恒星HD 94028的重元素组成和核合成起源。先前的研究表明,这颗恒星在缓慢的中子捕获过程(s过程;例如,[Pb/Fe]=+0.79+/-0.32)和快速中子俘获过程(r-过程;例如,[Eu/Fe]=+0.22+/-0.12),包括异常大的钼([Mo/Fe]=+0.97+/-0.16)和钌([Ru/Fe]=+0.69+/-0.17)增强。然而,这颗恒星的碳含量并没有增加([C/Fe]=-0.06+/-0.19)。我们分析了使用哈勃太空望远镜上的太空望远镜成像光谱仪收集的HD 94028的档案近紫外光谱,以及从地面望远镜收集的其他档案光谱。我们报告的丰度或上限来自64种56种元素。我们比较这些意见与S-过程产量从低金属丰度AGB的演变和核合成模型。没有任何s-和r-过程模式的组合可以充分再现观测到的丰度,包括超太阳[As/Ge]比(+0.99+/-0.23)和增强的[Mo/Fe]和[Ru/Fe]比。我们可以适合这些功能时,包括一个额外的贡献,从中间中子捕获过程(i过程),这可能是通过摄入的H在大质量恒星,超级AGB星,或低质量AGB星的He燃烧对流区操作。目前,只有i过程似乎能够持续产生超太阳[As/Ge]比率和在HD 94028中发现的相邻重元素之间的比率。其他贫金属恒星也显示出增强的[As/Ge]比值,暗示i过程的操作…
2016-02-29 astro-ph.GA astro-ph.SR
Heavy Elements Nucleosynthesis On Accreting White Dwarfs: building seeds for the p-process
太阳系中富含质子的反式铁同位素的起源仍然不确定。在快速吸积的白矮星相外层,具有n-俘获核合成种子的单简并热核超新星(SNIa)可能会产生这些同位素。用MESA程序计算了五个初始质量大于~ 0.85Msun的白矮星模型吸积相的恒星结构。1,1.26,1.32和1.38Msun模型的近地表层是最具代表性的区域,其中大部分的p核是在SNIa爆炸过程中产生的,对于这些模型,我们还计算了外层的中子俘获核合成。与以前的低质量快速吸积白矮星模型相反,我们发现H壳层灰是n俘获核合成的主要场所。在质量最大的WD中,我们发现中子密度高达几个10^15 cm^-3。通过H壳灰的重现,这些中间中子密度可以有效地维持很长一段时间,导致高中子照射,产生高达Pb的强中子。中子密度和中子照射量都随着吸积WD质量的增加而增加。最后,使用获得的丰度作为种子计算SNIa核合成。我们得到了太阳到超太阳的p核丰度,A>96。我们的模型表明,SNIa是一个可行的p-过程生产网站。
2020-07-27 astro-ph.SR
Nucleosynthesis in the Ejecta of Neutron Star Mergers
金、铂或铀等重元素是在r过程中产生的,该过程需要富中子和爆炸性环境。中子星合并是r-过程位置的一个有希望的候选者。他们表现出三种不同的渠道,满足这些条件的物质喷射:由于潮汐扭矩,中微子驱动的风和蒸发物质的吸积盘的动态喷出物。本文首次研究了中子星与超大质量中子星合并产生的中微子驱动风的综合核合成。从最近的流体动力学模拟的轨迹分为四个不同的角度区域和后处理的反应网络。我们发现电子分数在$Y_e \approx 0.1 - 0.4$附近变化,但其分布对于每个喷射角都不同。因此,风喷出物不经历一个强大的r-过程,而是拥有不同的核合成产量取决于角度范围。与动态喷出物相比,少量的富中子物质被释放,但中微子驱动风中的$A \lesssim 130$产生较轻的重元素可以补充动态喷出物的强r过程。
2015-09-25 astro-ph.HE astro-ph.SR nucl-th
Light Curves of the Neutron Star Merger GW170817/SSS17a: Implications for R-Process Nucleosynthesis
在2017年8月17日,从一颗双星合并的中子星GW 170817中探测到了引力波,以及一个同时发生的短伽马射线暴GRB 170817 A。一个光学瞬变源,斯沃普超新星巡天17 a(SSS 17 a),随后被确定为这一事件的对应物。我们给出了SSS 17 a的紫外、光学和红外线曲线,从合并后10.9小时到18天。我们约束的放射性供电的瞬态产生的富中子物质的喷射。光变曲线的快速上升、随后的衰减和快速的颜色演变与不同镧系元素丰度的多个喷出物成分一致。后期的光变曲线显示,SSS 17 a产生了至少约0.05太阳质量的重元素,这表明中子星合并在宇宙的r-过程核合成中发挥了作用。
2017-10-16 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
Neutron Star Mergers and Nucleosynthesis of Heavy Elements
自从发现脉冲双星和观测到其轨道能量损失以来,中子星合并的存在就得到了支持,这与广义相对论是一致的。它们被认为是快速中子俘获过程(r-过程)的核合成位点,该过程负责产生除Fe之外的所有重元素的大约一半,并且是除Pb和Bi之外的元素的唯一来源。基于中子星物质减压的详细核合成计算与太阳重核r过程丰度是一致的。中子星合并也被确认为通过其红外余辉产生短持续时间的γ射线爆发。喷射物质中的高中子密度允许剧烈的r过程,导致远离(核)稳定区域的最重核的裂变循环。几种核性质的不一致性影响丰度分布。天体物理事件的模拟还取决于流体动力学处理、合并后和黑洞可能出现之前中微子风的发生以及黑洞吸积盘的性质。我们讨论了核和建模的不确定性的影响,并得出结论,二进制紧凑的合并可能是一个(或)在我们的银河系的r-过程核生产的主导网站。
2017-10-05 astro-ph.HE astro-ph.SR
$β$-delayed fission in $r$-process nucleosynthesis
本文采用准粒子无规相位近似加Hauser-Feshbach(QRPA+HF)方法计算了重丰中子核的$β$缓发中子发射和$β$缓发裂变。从$β$ -衰变后的复合核的初始布居,我们考虑到中子、$γ$ -射线和裂变之间的竞争,遵循统计衰变。我们发现了一个区域的核素,其中$β$延迟裂变的概率是$\sim100$ %,这可能会阻止超重元素的生产在自然界中。对于中子滴线附近的一个核子集,中子多重性和裂变概率都很大,导致多机会$β$ -延迟裂变的有趣的可能性,一种新的衰变模式,极端丰中子重核。在这种新的衰变模式中,$β$ -衰变之后可以是多个中子发射,导致随后的子代,每个子代具有裂变的概率。我们探讨的影响$β$ -延迟裂变的快速中子捕获过程($r$ -过程)核合成的潮汐喷出物的中子星-中子星合并,并表明它是一个关键的裂变通道,形状附近的第二个$r$ -过程峰值的最终丰度。
2018-02-12 astro-ph.SR nucl-th
Astrophysical Models of r-Process Nucleosynthesis: An Update
本文介绍了通过快速中子俘获进行核合成的天体物理模型的最新进展。在超新星氦壳层中,中微子引发的r过程的金属丰度可能高达太阳值的10^-3倍。另一个r过程源,可能是中子星合并,需要更高的金属丰度。
2012-01-24 astro-ph.SR nucl-th
Classifying metal-poor stars with machine learning using nucleosynthesis calculations
本研究首次基于理论核合成计算训练机器学习模型,分类贫金属星的中子俘获过程增丰类型,匹配传统标签准确率达87%,同时发现部分恒星的过程归类存疑,展现了该数据驱动方法的前景与挑战。
2025-05-20 astro-ph.GA astro-ph.SR nucl-th
Nucleosynthesis in core-collapse supernova explosions triggered by a quark-hadron phase transition
我们探讨了大质量恒星爆炸中的重元素核合成,这些爆炸是由核心坍缩超新星早期反弹阶段的夸克-强子相变触发的。本研究是基于广义相对论辐射流体力学模拟与三味玻尔兹曼中微子输运球对称,其中利用夸克-强子混合状态方程的基础上的MIT袋模型的奇异夸克物质。在恒星核心内部的夸克-强子相变形成了一个冲击波,向原中子星的表面传播。冲击波导致爆炸和蒸发富含中子的物质,这些物质堆积或吸积在原中子星上。后来,在冷却阶段,原始中子星发展出一种富含质子的中微子驱动风。我们提出了一个详细的分析,在富含中子和质子的喷出物的核合成结果,并比较我们的综合核合成与金属贫星的观测。
2012-08-24 astro-ph.HE astro-ph.SR nucl-th
The s-process nucleosynthesis in massive stars: current status and uncertainties due to convective overshooting
内容:众所周知,所谓的s-过程负责产生富含中子的反式铁元素,这些元素构成了太阳系组成中的大部分“重核素”(即比铁族核更重的核素),被认为是宇宙丰度的“参考标准”数据集。特别是,s-过程通过一系列的中子俘获反应和β衰变沿着“稳定谷”移动,产生了大约一半的反式铁同位素。为了解释观测到的太阳s核丰度分布,需要不止一个s过程“成分”(即具有一组物理条件(如中子暴露、初始丰度和中子密度)的核合成事件)。目前关于这个问题的观点认为,存在几个组成部分,在恒星环境方面,对应于不同演化阶段的不同类别的恒星。目的:本章的目的是回顾发生在大质量恒星的s-过程核合成(所谓的s-过程的弱分量),特别注意最近的研究,致力于分析如何的不确定性,由于恒星演化建模,特别是由于对流过冲影响这种核合成过程的效率。
2012-03-20 astro-ph.SR
Radiative neutron capture reaction rates for r-process nucleosynthesis
本研究围绕质量数约80的r过程峰,计算辐射中子俘获(n,γ)截面与反应率,指出丰中子核不确定性较大且低能增强会显著提高反应率。
2022-06-30 astro-ph.SR nucl-ex nucl-th
Propagation of Hauser-Feshbach uncertainty estimates to r-process nucleosynthesis: Benchmark of statistical property models for neutron rich nuclei far from stability
对中子星合并事件GW 170817的多信使观测重新激发了关于大质量元素通过r过程核合成的天体物理起源的争论。这种研究的一个关键方面是以一种有意义的方式将天文观测与理论核合成产量进行比较。为了进行真实的核合成计算,理解微观物理细节(如核反应速率)的不确定性与理解天体物理环境建模中的不确定性一样重要。我们提出了一个调查的中子俘获率计算的不确定性远离稳定使用豪泽-Feshbach模型。我们提供了一个定量测量的计算的可靠性时,我们外推模型的统计性质的核在r-过程网络。我们选择了几个适合于中子俘获的能级密度和γ射线强度模型,并用它们来计算网络中每个核的反应速率。我们观察统计特性如何影响理论反应速率。然后用蒙特卡罗技术对速率进行采样,并用于网络计算,以绘制可能的r-过程丰度的范围。结果表明,计算之间的中子捕获率可以变化几个数量级。现象学模型提供比半微观更平滑的结果。然而,它们不能再现原子核结构的变化,如壳的闭合。虽然半微观模型预测原子核结构效应远离稳定性,但尚不清楚这些结果在定量上是否准确。不确定性对r-过程产率的影响大到足以阻碍观测和计算之间的比较。发展更好的微观模型的伽马强度和能级密度的进展是迫切需要提高r-过程模型的保真度。
2020-10-04 astro-ph.SR nucl-th
Stability beyond the neutron drip-line near the third peak of the r-process nucleosynthesis
在相对论平均场论的框架下,采用考虑ω介子矢量自耦合的拉格朗日模型NL-SV 1,研究了N=126时r过程核合成第三峰区的核壳效应.我们的研究包括Hf(Z=72)到Ba(Z=56)同位素链中N=110-140的偶偶核。结果表明,在N=126的核壳效应仍然很强,即使远离β稳定线。当中子滴线接近N=126时,原子核显示出极小的中子分离能。然而,在中子滴线之外,我们观察到一个有趣的特征,即对于Z=62-68的同位素链,在N ~ 132-134附近的一些核显示出增强的中子分离能。这对于Gd(Z=64)和Dy(Z=66)的同位素尤其明显。这些核在中子滴线以外表现出稳定性的现象。我们的单粒子谱的分析表明,这是由这些核假设的变形所产生的,其结果是中子单粒子谱的能量被向下推,从而导致超出滴线的稳定性增强。
2011-06-30 astro-ph.SR nucl-ex nucl-th
Radiative neutron capture reaction rates for stellar nucleosynthesis
该研究针对恒星核合成中五个重要中子俘获反应,利用核统计模型计算反应率,并拟合成温度多项式,为天体物理应用提供关键核数据。
2023-08-03 astro-ph.SR nucl-th
Evolution and nucleosynthesis of extremely metal-poor and metal-free low- and intermediate-mass stars II. s-process nucleosynthesis during the core He flash
原始恒星和超贫金属恒星的模型,质量与太阳相似,在红巨星分支演化结束时的核心氦闪光阶段,质子被摄入到热核心。这产生了由氢燃烧提供动力的同时发生的二次闪光,从而在核心中引起进一步的核合成。我们进行后处理核合成计算的一维恒星演化计算的恒星1太阳质量和金属丰度[Fe/H] = -6.5,遭受质子摄入插曲。我们的网络包括320个核物种和2,366个反应,并同时处理混合和燃烧。质子混合和燃烧进入热对流核心导致13 C的产生,然后通过13 C(alpha,n)16 O反应释放大量自由中子。在产生中子的前两年,中子毒物14 N的丰度很低,允许通过慢中子捕获(s过程)大量产生重元素,如锶,钡和铅。这些核合成产物后来混合到恒星表面,并通过恒星风喷出。我们将我们的结果与超贫金属晕星HE 1327-2326的观测结果进行了比较,该恒星显示出强烈的Sr过剩。我们的模型提供了自我一致的解释Sr的过剩在HE 1327-2326连同其C,N和O的过剩(所有在一个因素的~4),如果材料被严重稀释,例如,通过在一个广泛的二元系统中的传质的可能性。该模型产生的Ba至少是观测值的18倍,但这可能在较大的建模不确定性范围内。在这种情况下,低质量的双星系统必须在早期宇宙中形成。如果为真,则这对原始初始质量函数施加了约束。
2010-10-11 astro-ph.SR
R-Process Nucleosynthesis in Dynamically Ejected Matter of Neutron Star Mergers
尽管快速中子俘获过程(r过程)对于解释大约一半A > 60的稳定核的起源至关重要,但这一过程的天体物理学位置尚未确定。在这里,我们研究的r-过程核合成的材料,是动态喷出的潮汐和压力的力量合并期间的二元中子星(NS),并在毫秒之后。这是我们第一次利用相对论流体动力学模拟这样的事件,定义一致的条件,确定核合成,即,中子富集、熵、早期密度演化以及由此产生的膨胀时间尺度和喷出物质量。我们发现,10^{-3}-10 ^{-2}太阳质量的抛射,这足以使合并成为重(A > 140)星系r核的主要来源,合并率约为每年10^{-5}。虽然非对称合并喷射的质量是对称合并的2-3倍,但确切的数量取决于NS的半径对于“刚性”核物质状态方程(EOS)是否为15 km或对于“软”EOS是否为12 km。由于有效的裂变再循环,减压过程中的R-过程核合成对详细条件变得很不敏感,产生了一种非常符合太阳r-丰度分布的成分,质量数A > 140。估计的光变曲线供电的放射性衰变加热的r-过程核的近似模型,我们预计在B-V-R波段的高发射1-2天,潜在的可观察到的持续时间更长的情况下,不对称合并,因为更大的喷出物质量。
2011-08-09 astro-ph.SR nucl-ex nucl-th
Angular momentum drives proton-rich nucleosynthesis in hyperaccreting neutron stars in common envelopes
University of York(约克大学);Los Alamos National Laboratory(洛斯阿拉莫斯国家实验室)
本研究探讨了角动量对中子星吸积盘中核合成的影响,发现质子丰富的rp过程产物和α富的超新星样核合成,为银河系化学演化的贡献提供了新机制。
2026-03-06 astro-ph.HE astro-ph.SR
Survey of astrophysical conditions in neutrino-driven supernova ejecta nucleosynthesis
核心坍缩超新星产生的元素介于Fe和Ag之间,这取决于喷出物质的性质。尽管近几十年来超新星模拟取得了快速进展,但天体物理条件仍然存在不确定性。本文研究了天体物理不确定性对核合成的影响。由于基于水动力学模拟轨迹的系统研究在计算上非常昂贵,因此我们依赖于稳态模型。通过改变原中子星的质量和半径以及稳态模型中的电子分数,我们涵盖了广泛的天体物理条件。在我们的研究中,我们发现四个丰度模式,可以形成在富中子中微子驱动的喷出物。这提供了一个独特的轨迹模板,可用于研究核物理输入对代表性天体物理条件的核合成的影响。此外,我们将这四种模式与$T=3$ ~GK的中子-种子和α-种子比联系起来。因此,我们的研究结果给出了一个很好的概述潜在的核合成演化,可以发生在超新星模拟。
2018-02-01 astro-ph.HE astro-ph.SR
Re-investigation of neutron capture by 84Kr and 86Kr in the s-process nucleosynthesis
本研究利用统计模型程序Talys v1.96再研究s过程中84Kr、86Kr的中子俘获过程,分析核能级密度的影响,所得结果与既往研究吻合,且通过微调核性质复现了实验数据。
2024-10-09 astro-ph.SR nucl-ex nucl-th
Neutrino-driven winds in the aftermath of a neutron star merger: nucleosynthesis and electromagnetic transients
我们提出了一个全面的核合成研究的中微子驱动的风后,一个双中子星合并。我们的重点是初始残余阶段时,一个大质量的中央中子星是存在的。使用示踪剂从最近的流体动力学模拟,我们确定总质量和综合丰度来表征未结合物质的组成。我们发现核合成产额敏感地依赖于大质量中子星的寿命和极角。超过$9 \cdot 10^{-3} M_\odot$的物质变为未结合状态,直至达到$\sim 200~{\rm ms}$。由于$Y_{\rm e} \approx 0.2 - 0.4$的电子分数,主要合成质量数为$A < 130$的原子核,补充了早期动态喷出物的产量。这两种类型的喷出物的混合场景可以解释丰富的r-过程贫金属星的丰度模式。此外,我们还计算了新产生的放射性同位素衰变的加热速率。在约$4~{\rm h}$之后,得到的光变曲线在蓝色带中达到峰值。此外,由于在动态喷出物中的重r-过程核的高不透明度导致在$3-4~{\rm d}$之后的红外中的第二个峰。
2015-09-24 astro-ph.HE astro-ph.SR nucl-th
s-process nucleosynthesis in low-mass AGB stars by the $^{13}$C($α$,n)$^{16}$O neutron source
University of Granada(格拉纳达大学);University of Perugia(佩鲁贾大学);INFN Section of Perugia(意大利国家核物理研究所佩鲁贾分部);INAF, Osservatorio Astronomico di Roma(意大利国家天体物理研究所罗马天文台);INAF, Osservatorio Astronomico d’Abruzzo(意大利国家天体物理研究所阿布鲁佐天文台);INFN, Sezione di Roma(意大利国家核物理研究所罗马分部)
本文探讨了低质量AGB星中s过程核合成,通过13C(α,n)16O中子源替代传统Ne22源的机制与影响。
2026-03-09 astro-ph.SR nucl-th
Impact of Nuclear Reaction Uncertainties on AGB Nucleosynthesis Models
具有低初始质量(1 - 3 Msun)的渐近巨星分支(AGB)星负责通过主慢中子俘获过程(主慢中子俘获过程)产生中子俘获元素。主要的中子源是13 C(α,n)16 O,它在脉冲间隔期间以大约8 keV的辐射燃烧,产生相当低的中子密度(10^7 n/cm^3)。第二个中子源22 Ne(α,n)25 Mg在对流热脉冲期间当能量达到约23 keV时被部分激活,产生小的中子照射,但中子密度达到峰值(Nn(峰值)> 10^11 n/cm^3)。在接近太阳的金属丰度下,它不会显著改变最终的s过程丰度,但主要影响对中子密度敏感的s路径分支附近的同位素比值。我们研究目前的不确定性的影响,在AGB星的两个中子源的操作,以及与22 Ne(α,γ)26 Mg反应的竞争。使用一套更新的核合成模型,对主要的s过程成分AGB进行了分析(在半太阳金属丰度下,通过M(AGB; ini)= 1.5和3 Msun之间的平均值重现,见Arlandini等人,1999年)。主要影响出现在分支点附近。特别是,13 C(α,n)16 O主要影响86 Kr和87 Rb,由于在85 Kr处的分支,而对于重同位素,通过减少或增加我们的采用率2 - 3倍,显示出小的变化。通过改变我们的22 Ne(α,n)25 Mg率在一个因子2内,一个合理的复制太阳的s-唯一的同位素仍然获得。我们提供了这些变化对s路径的主要影响的一般概述。Bist…
2012-11-21 astro-ph.SR
Novel Techniques for Constraining Neutron-Capture Rates Relevant for r-Process Heavy-Element Nucleosynthesis
快中子俘获过程($r$过程)被确定为约50%比铁重的元素的生产者。这个过程需要一个天体物理环境,在短时间内($\sim$秒)具有极高的中子通量,产生非常富含中子的核,随后通过$β^-$衰变转化为稳定的核。大规模$r$ -过程反应网络的一个关键组成部分是辐射中子俘获($n,γ$)率,实际上没有$r$过程中涉及的极富中子核的数据。由于核反应理论的现状和我们对基本核性质(如能级密度和平均$γ$衰变强度)的理解不足,理论上估计的($n,γ$)速率可能会有几个数量级的变化,并且是任何核反应网络计算$r$过程丰度的不确定性的主要来源。在这篇综述中,我们讨论了新的方法来提供有关的$r$过程的中子俘获截面和反应速率的信息。特别是,我们专注于间接的,实验技术来测量辐射中子捕获率。虽然直接测量目前不可用,但可能在未来实现,间接的方法提出了第一步约束中子捕获率的重要性,$r$过程。
2019-04-22 astro-ph.HE astro-ph.SR nucl-ex
Nucleosynthesis constraints on the neutron star-black hole merger rate
我们推导出的时间平均事件率的中子星-黑洞(NS-BH)合并使用人口综合生产的估计与核质量数A > 140的重快速中子捕获(r-过程)元素的事件相比,这些化学物种的银河系储存库的约束。我们的估计是基于相对论流体动力学模拟卷积与理论预测的二进制人口。这使我们能够确定一个严格的平均NS-BH合并率上限,即每年约6*10^-5。我们量化的不确定性,这种估计是在几个因素,主要是因为未知的BH自旋分布这样的系统,不确定的NS物质的状态方程,并在银河系的r-过程材料的内容可能的错误。我们的方法意味着NS-BH双星和双NS系统的合并率之间的相关性。先进的LIGO和先进的处女座从这样的致密天体二进制的引力波信号的探测率的预测是乐观的一面是不符合我们的分析所设置的约束。
2014-09-25 astro-ph.HE astro-ph.SR
The impact of mass uncertainties on the r-process nucleosynthesis in neutron star mergers
本研究探讨核质量预测中的模型与参数不确定性对中子星并合中r-过程核合成及抛射物成分的影响,发现两者显著影响重元素产生,核模型改进对降低预测不确定性至关重要。
2025-01-07 astro-ph.HE astro-ph.SR nucl-th
Complete calculation of evaluated Maxwellian-averaged cross sections and their uncertainties for s-process nucleosynthesis
目前的贡献是一个显着的改进,我们以前的麦克斯韦平均截面和天体物理反应速率的计算。增加新评估的中子反应库,如ROSFOND和低保真协方差项目,以及数据处理技术的改进,使我们能够将其扩展到整个范围的s过程核,计算麦克斯韦平均截面的不确定性的第一次,并提供额外的见解所有目前可用的中子诱导反应数据。将讨论使用ENDF库和当前Java技术的核反应计算,并提出新的结果。
2011-01-10 astro-ph.SR physics.comp-ph
The impact of individual nuclear properties on $r$-process nucleosynthesis
据认为,自然界中发现的重元素丰度的大约一半是由天体物理学的快速中子俘获过程或核合成的“$r$过程”产生的。这个多方面的问题仍然是所有物理学中最大的公开挑战之一。核物理性质的知识,如质量,$β$ -衰变和中子俘获率,以及$β$ -缓发中子发射概率是进入$r$ -过程核合成计算的关键输入。虽然已经确定了接近稳定的核的性质,但关于可能参与$r$过程的远离稳定的丰中子核,仍有许多未知之处。灵敏度研究测量了核物理输入变化的天体物理响应,从而可以分离出最重要的核特性,这些特性决定了在自然界中观察到的最终丰度。本文综述了最近的敏感性研究的程度,并强调了这些研究如何发挥关键作用,促进新的见解$r$过程。这些工具的开发促进了对最先进测量的集中努力,推动了新设施的建设,并将最终推动社区应对`从铁到铀的元素是如何形成的?'.
2015-08-28 astro-ph.SR nucl-ex nucl-th
Constraining r-process nucleosynthesis via enhanced accuracy neutron-capture experiments
Instituto de Física Corpuscular, CSIC - Universitat de València(粒子物理研究所,西班牙科学理事会-瓦伦西亚大学);School of Physics and Astronomy, University of Edinburgh(爱丁堡大学物理与天文学学院);Agenzia nazionale per le nuove tecnologie, l’energia e lo sviluppo economico sostenibile (ENEA)(国家新技术、能源和可持续经济发展局);Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bologna(意大利国家核物理研究所博洛尼分所);European Organization for Nuclear Research (CERN)(欧洲核子研究组织)
通过改进精度的中子捕获实验,约束r过程核合成的同位素丰度,优先考虑未来实验重点。
2026-01-31 astro-ph.SR nucl-ex
The decompression of the outer neutron star crust and r-process nucleosynthesis
快速中子俘获过程,或称r过程,是解释自然界中观察到的大约一半A>60稳定核的起源的基础。近年来,核天体物理学家发展了越来越复杂的r过程模型,通过加入新的天体物理或核物理成分,以令人满意的方式解释太阳系的组成。尽管有这些努力,r过程的天体物理学位置仍然不明。中子星外壳物质的组成进行了研究后,减压后,其可能的喷射。估算了减压前后中子星外壳的组成。两种不同的可能的初始条件被认为是,即一个理想化的地壳组成的冷催化物质和地壳最初在核统计平衡在10 GK左右的温度。我们表明,在这第二种情况下,减压前,在温度通常对应于8 GK,库仑效应,由于在地壳中的高密度导致的整体组成的外地壳中的中子丰富的核与质量分布接近太阳系的r-丰度分布。然而,这种分布与太阳分布不同,这是由于第二个峰值向较低值的系统性偏移。减压后,在热的外层地壳中每个种子核捕获的少量中子导致稳定的富中子核的最终分布,其质量分布为80 < A < 140个核,与太阳分布非常一致,前提是外层地壳最初的温度约为8 GK,并且外层地壳的所有层都被抛出。中子星物质从外壳的减压为轻物质的鲁棒r处理提供了合适的条件,即,r-核,A < 140。
2011-05-12 astro-ph.SR
Nucleosynthesis in neutrino-driven winds in hypernovae
研究了在$3M_\odot$星坍缩过程中临时形成的大质量原中子星(mPNS)吹出的中微子驱动风中的核合成。这样的mPNS将在超新星中形成。我们构建稳定和球对称风的解决方案。根据最近的数值相对论模拟,我们将大中微子光度设置为$\sim 10^{53}\ {\rm erg\ s^{-1}}$,电子中微子和反中微子的平均能量设置为$ε_{ν_e}=9-16\ {\rm MeV}$和$ε_{\barν_e}=11-18\ {\rm MeV}$。风的解决方案表明更短的温度下降的时间尺度比从普通PNS的风,并根据$ε_ν$,风可以是中子丰富和质子丰富。在富中子风中,发生了$r$ -过程,mPNS基准风模型的丰度分布与贫金属弱$r$星HD~122563的丰度分布基本一致,尽管第三峰元素仅在$\barν_e$能量远大于$ν_e$能量时产生.在富质子风中,发生强的$νp$ -过程并合成$A>100$核素。在某些情况下,合成的核可以是富中子的,因为mPNS的大中微子光度提供了足够数量的中子。
2015-09-14 astro-ph.HE astro-ph.SR
Evolution and nucleosynthesis of asymptotic giant branch stellar models of low metallicity
我们提出了恒星演化轨迹和核合成预测网格的低和中等质量的渐近巨星分支(AGB)恒星模型在$Z=0.001$([Fe/H] $=-1.2$)。模型涵盖的初始质量范围为1 M $_{\odot}$至7 M $_{\odot}$。最终的表面丰度和恒星产额计算所有元素从氢铋以及同位素到铁组。我们提出的第一个研究中子俘获核合成的中等质量AGB模型,包括超AGB模型,[Fe/H] = $-1.2$。我们详细研究了一个低质量的2 M $_{\odot}$ AGB模型,其中$^{13}$ C($α$,$n$)$^{16}$ O反应是中子的主要来源。我们还研究了一个中等质量的AGB模型5 M $_{\odot}$的壳层间温度足够高,以激活$^{22}$ Ne中子源,产生高中子密度高达$\sim 10^{14}$ n cm $^{-3}$。使用$M \geq 3$ M $_{\odot}$的型号可激活热底部燃烧。与3 M $_{\odot}$模型,我们调查的影响,在质量的不同程度的区域,质子从信封混合到intershell在最深的程度,每三个疏浚。我们比较的低质量模型的结果,三个后AGB星的金属丰度[Fe/H] $\simeq -1.2$。的组合物是一个很好的匹配,预测的中子捕获丰度,除了铅,我们确认,所观察到的铅丰度低于AGB模型计算。
2014-11-17 astro-ph.SR
Systematics of dynamical mass ejection, nucleosynthesis, and radioactively powered electromagnetic signals from neutron-star mergers
本文采用相对论流体动力学模拟方法,系统地研究了核物质状态方程不确定性对中子星(NS)并合动力学质量抛射、r-过程核合成和电磁对应物性质的影响。决定喷出物质量的关键参数是1.35 M_sun NS的半径R_1.35。具有较小R_1.35(“软”EoS)的NS系统地喷射较高的质量。对于1.35-1.35 M_sun的双星,其范围从~10^-3 M_sun到~10^-2 M_sun,对于1.2-1.5 M_sun的系统,其范围从~5*10^-3 M_sun到~2*10^-2 M_sun(动能在~5*10^49 erg和10^51 erg之间)。相应地,对称(非对称)合并的光学瞬变的辐射热峰值亮度在3*10^41 erg/s和14*10^41 erg/s(9*10^41 erg/s和14.5*10^41 erg/s)之间变化,时间尺度在~2 h和~12 h之间。如果测量到这些绝对辐射热量值从-15.0到-16.7的信号,则它们的性质与合并NS的性质的紧密相关性可能对高密度EoS提供有价值的约束。r-过程核合成表现出显著的鲁棒性,独立于EoS,产生接近太阳的丰度模式高于质量数130。根据银河系的r过程含量和每个事件的平均产生量,如果NS合并是重r核的主要来源,那么对于软(硬)NS EoS,银河系合并速率被限制在4*10^-5/yr(4*10^-4/yr)。放射性~(232)Th与~(238)…
2013-06-21 astro-ph.SR
The impact of asymmetric neutrino emissions on nucleosynthesis in core-collapse supernovae
研究了中微子驱动的核心坍缩超新星(CCSNe)中不对称中微子辐射对爆炸性核合成的影响。我们发现,不对称的排放往往会产生大量的质子丰富的喷出物(电子分数,$Y_e > 0.51$)在较高的$ν_{\rm e}$排放的半球,而富中子物质($Y_e < 0.49$)在较高的${\bar ν}_{\rm e}$排放的相对半球喷射。对于$\ge 30\%$较大的不对称情况,富含中子的喷出物大量产生,其中有太多的元素比锌相比,太阳丰度。这可能是CCSNe中不对称中微子发射的上限。元素分布的特征也被观察到:(1)丰度轻于钙是不敏感的非对称中微子发射:(2)生产的锌和锗是更大的富中子的喷出物,即使是较小的不对称情况下,$\le 10\%$。我们讨论了这些观测结果,这些结果可能解释超新星遗迹(SNRs)中重元素和中子星踢的不对称性之间的(反)相关性。未来对$α$元素Fe、Zn和Ge的质量和空间分布的直接测量的SNR观测将为我们提供关于中微子发射不对称程度的信息。
2019-07-12 astro-ph.HE astro-ph.SR
Reexamining the temperature and neutron density conditions for r-process nucleosynthesis with augmented nuclear mass models
我们探索的影响,核质量的r-过程核合成所需的温度和中子密度的条件下,使用四个核质量模型增强了最新的原子质量评估。对于每一个模型,我们推导出的条件下观察到的丰度峰在质量数A ~ 80,130,和195的等待点近似下,并进一步确定的条件,可以最好地再现的r-过程丰度模式(r-模式)推断的太阳系和银河系晕中的贫金属恒星观察。我们发现:(1)在A ~ 80和195处产生丰度峰的条件有很大的不同,这表明,至少对某些核质量模型来说,这两个峰不是同时产生的;(2)N = 126闭合中子壳层临界等待点(CWP)核所需的典型条件与N = 126闭合中子壳层临界等待点(CWP)核所需的典型条件有明显的重叠。(3)N = 82的CWP核所需的典型条件可以重现在贫金属星HD 122563上观测到的r-斑图,这与太阳的r-斑图有很大的不同。我们还研究了核质量的不确定性如何影响r-过程所需的条件,并确定了一些关键的核,包括76镍到78镍,82锌,131镉,和132镉在稀有同位素束设施的精确质量测量。
2013-01-30 astro-ph.SR nucl-th
Hot bottom burning and s-process nucleosynthesis in massive AGB stars at the beginning of the thermally-pulsing phase
我们报告的第一次光谱鉴定的大质量银河系渐近巨星分支(AGB)的恒星在开始的热脉冲(TP)阶段。这些恒星是迄今为止发现的最富锂的大质量AGB,logE(Li)~3-4的超级富锂AGB。高锂过剩伴随着弱或没有S-过程元素(即Rb和Zr)的增强。我们的观察结果与最近的热底部燃烧(HBB)和S-过程核合成模型的比较证实,HBB强烈激活在第一个TP,但22 Ne中子源需要更多的TP和第三个疏浚事件,以产生足够的Rb在恒星表面。我们还表明,短寿命的元素Tc,通常被用作AGB的指示剂,没有检测到大规模的AGB这是与理论预测一致时,22 Ne中子源占主导地位的s-过程核合成。
2013-06-11 astro-ph.SR
Explosive nucleosynthesis in core-collapse supernovae
通过快速中子俘获(r-过程)产生比铁重的一半元素的具体机制和天体物理学位置仍有待发现。为了重现太阳系和古老晕星的丰度,至少需要两种成分:重r-过程核(A>130)和对应于较轻重核(A<130)的弱r-过程。在这项工作中,我们提出了核合成研究的基础上的轨道流体动力学模拟核心坍缩超新星和随后的中微子驱动的风。我们表明,弱的r-过程元素可以产生中微子驱动的风,我们把它们的丰度从新生的中子星的中微子发射。根据最新的流体动力学模拟,重r过程元素不能在中微子驱动的风中合成。然而,通过人为地增加风熵,可以制造高达A=195的元素。用这种方法,人们可以模拟出发生r过程的喷出物的一般行为。我们用它来研究核物理输入(核质量,中子俘获截面,β-延迟中子发射)和长期动力学演化对最终丰度的影响。
2010-12-22 astro-ph.SR nucl-ex nucl-th
Proto-Neutron Star Convection and the Neutrino-Driven Wind: Implications for the r-Process
来自原中子星的中微子驱动风被认为是r过程核合成的场所,尽管大多数先前的工作已经发现,仅由中微子加热的风不能产生第三个r过程峰。然而,有几个研究小组已经注意到,在风中引入次级热源可以充分改变水动力条件,使强r过程得以进行。一个可能的次级热源是重力声波,由原始中子星内部的对流产生。当这些波传播到风中时,它们既可以加速风,又可以冲击并将能量储存到风中。此外,这些波对风的加速可以减少中微子捕获的总数,从而减少风的最终电子分数。在富中子条件下,所有这些效应都可以使条件更有利于r-过程核合成。在这里,我们提出了一个系统的调查,这些对流产生的重力声波风内的潜在核合成的影响。我们发现,在风中的波效应可以产生有利的条件,一个强大的r-过程,即使在波的能量通量是一个因素的$10^{-4}$小于总中微子能量通量和风是轻微的中子丰富。然而,这在很大程度上取决于波变得非线性并形成冲击的半径。我们还发现,激波形成后的熵产生和激波形成前由波产生的应力引起的风的加速都会影响这些波的结构和核合成。
2023-02-02 astro-ph.HE astro-ph.SR
Reaction rates for the s-process neutron source 22Ne+α
22 Ne(α,n)25 Mg反应是s过程的重要中子源。在大质量恒星中,22 Ne(α,n)25 Mg是中子的主要来源,在核心氦燃烧和壳层碳燃烧时都是如此。在AGB星中,13 C(α,n)16 O反应是主要的中子源,而22 Ne +α反应主要影响热脉冲期间的s过程分支。竞争的22 Ne(α,n)25 Mg和22 Ne(α,γ)26 Mg反应的速率不确定性导致s过程核合成的大的变化。在这里,我们使用最近的实验结果和蒙特卡罗抽样来呈现最新且统计上严格的22 Ne +α反应速率。我们的新速率用于大质量恒星和AGB恒星的后处理核合成计算。我们表明,核合成的不确定性所产生的新的利率相比,以前发表的结果显着减少,但在目前的数据中的几个模糊性仍然必须加以解决。提出了进一步研究解决这些问题的建议。
2012-06-18 astro-ph.SR nucl-ex
Explosive nucleosynthesis: nuclear physics impact using neutrino-driven wind simulations
我们提出核合成研究的基础上的流体动力学模拟的核心坍缩超新星和随后的中微子驱动的风。虽然在这些模拟中发现的条件不适合快速中子俘获(r-过程)产生比A $\sim$ 130重的元素,但这可以通过人为增加风熵来解决。用这种方法,人们可以模拟发生r过程的喷出物的一般行为。我们研究了长期动力学演化和核物理输入对最终丰度的影响,并表明不同的核质量模型导致丰度的显着变化。这些差异可能与核质量远离稳定性的行为有关。此外,我们还详细地分析了当物质衰变回稳定态时,中子俘获和β缓发中子发射的影响。在我们研究的所有案例中,冻结效应大于先前的估计,并在冻结后的丰度产生实质性的变化。
2010-12-14 astro-ph.SR nucl-ex nucl-th
Coupling highly excited nuclei to the atomic shell in dense astrophysical plasmas
在致密的天体物理等离子体中,中子俘获使原子核处于接近中子阈值的高激发态。研究了通过耦合到原子壳层的额外低能核激发对如此形成的复合核保留捕获中子的能力的影响。我们专注于等离子体中的电子捕获的核激发机制,其特征在于典型的恒星核合成的慢中子捕获过程的电子通量。这种进一步的激励对中子捕获和γ衰变序列相关的核合成的小的影响进行量化和比较的相应效果的一个额外的低能量的光激发步骤。
2014-07-25 astro-ph.SR nucl-th
The s-process nucleosynthesis: impact of the uncertainties in the nuclear physics determined by Monte Carlo variations
我们研究了中子俘获和弱反应(重元素)的不确定性对低质量恒星和大质量恒星的s-过程核合成的影响,使用基于蒙特卡罗的方法。我们进行了广泛的核反应网络计算,包括新评估的温度依赖的上限和下限的个人反应速率。我们发现β衰变率的不确定性只影响少数核附近的S-过程分支,而在最终丰度的不确定性是由中子俘获率的不确定性。我们提出了一个不确定的利率作为候选人,以改善测量未来的实验。
2017-08-02 astro-ph.SR nucl-ex nucl-th
"Nuclear thermometers" reveal the origin of the universal r-process nucleosynthesis
本研究利用作为“核温度计”的巨偶极共振,通过实验数据和壳模型计算发现r过程温度下对称能增强,揭示了中子星并合中普遍r过程核合成的起源。
2024-11-26 astro-ph.SR nucl-ex nucl-th
r-Process Nucleosynthesis: Connecting Rare-Isotope Beam Facilities with the Cosmos
这是r过程核合成研究的一个激动人心的时刻。最近,中子星合并GW 170817被观测到非常详细的引力波和电磁辐射,从无线电到伽马射线。相关的千诺瓦的红色表明,中子星合并是一个重要的r-过程的网站。对中子星合并和核心坍缩超新星的天体物理模拟正在取得迅速进展。探测到来自下一颗银河系超新星的电子中微子和反中微子,将限制中微子驱动风的成分,并提供独特的核合成信息。最后,FRIB和其他稀有同位素束设施将很快具有引人注目的新能力,可以合成许多参与r过程的富中子核。新的能力可以显着提高我们对r过程的理解,并可能解决经典核天体物理学中的主要突出问题之一。然而,为了充分利用新的实验能力并充分解释结果,在天体物理学,天文学和核理论的许多相关领域需要大量的基础设施。我们将把这些实验的背景下,讨论天体物理模拟和观测的r-过程网站,观测恒星丰度,银河系化学演化,和核理论的结构和反应非常丰富的中子核。这篇综述论文是在2016年6月为期三周的核理论国际合作计划中发起的,我们探讨了有希望的r过程实验,并讨论了它们可能的影响,以及它们的天体物理学,天文学和核理论背景。
2018-05-12 astro-ph.SR nucl-ex nucl-th
Screening Effects on Electron Capture Rates and Type Ia Supernova Nucleosynthesis
Ia型超新星(SNe Ia)被认为是一颗白矮星的热核爆炸,但其祖先的质量仍然是一个悬而未决的问题。在超新星Ia的近M_Ch模型中,中心密度达到>10^9 g cm^{-3}。电子化学势变得高于fp-壳层核之间的电子捕获(EC)跃迁的Q值,因此一部分可用电子被铁族元素捕获,从而形成富中子同位素。由于EC反应速率对密度敏感,中子化程度是区分近M_Ch模型和亚M_Ch模型的关键。为了比较观察和理论模型,EC反应的准确处理是必要的。然而,在以往的理论工作中,电子屏蔽对EC的影响被忽略。屏蔽降低了EC速率,从而导致更高的电子分数。在近M_Ch单简并模型中,我们对EC进行了电子屏蔽,计算了Ia超新星爆炸核合成。结果表明,考虑屏蔽效应后,46,48 Ca,50 Ti,54 Cr,58 Fe,64 Ni和67,70 Zn等丰中子核的丰度降低。其中,50 Ti,54 Cr和58 Fe特别令人感兴趣,因为这些核的太阳丰度的很大一部分被认为来自SNe Ia。我们的结论是,在现代超新星Ia模型中实施屏蔽效应的EC是可取的,以精确计算丰中子核素的丰度。
2020-09-25 astro-ph.HE astro-ph.SR nucl-th
Collective neutrino oscillations and heavy-element nucleosynthesis in supernovae: exploring potential effects of many-body neutrino correlations
本文研究超新星中集体中微子振荡对核合成的影响,发现其可显著改变νp过程和r过程产额,并提出中微子诱发的“νi过程”;超越平均场的多体量子关联也可能导致不同的核素产额。
2024-06-07 astro-ph.HE astro-ph.SR hep-th