近日，中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所科研人員在磁轉(zhuǎn)動(dòng)超新星爆發(fā)核合成研究中取得進(jìn)展，指出(α,n)反應(yīng)是弱快中子俘獲過(guò)程（weak r-process）中的主導(dǎo)反應(yīng)，相關(guān)成果于3月9日發(fā)表在美國(guó)天文學(xué)會(huì)期刊The Astrophysical Journal上。  

　　磁轉(zhuǎn)動(dòng)超新星爆發(fā)，也叫磁流體動(dòng)力超新星爆發(fā)，一般能產(chǎn)生10倍于普通超新星爆發(fā)的能量，因此也被稱之為“極超新星”（hypernovae）。其發(fā)生機(jī)制是由于大質(zhì)量恒星在其生命末期發(fā)生坍縮后，具有極強(qiáng)磁場(chǎng)和快速轉(zhuǎn)動(dòng)內(nèi)部的核芯原中子星將高溫高密的物質(zhì)沿磁場(chǎng)的兩極噴射出。這些物質(zhì)快速延展和冷卻，為合成比鐵重的元素提供了絕佳產(chǎn)房。 

　　長(zhǎng)期以來(lái)，中微子加熱機(jī)制的超新星爆發(fā)被認(rèn)為是弱快中子俘獲過(guò)程的主要地點(diǎn)，相關(guān)研究都集中于此場(chǎng)景。近年來(lái)，科學(xué)家們提出了一系列可靠的磁轉(zhuǎn)動(dòng)超新星爆發(fā)模型，并認(rèn)為這是發(fā)生弱快中子俘獲過(guò)程的又一可靠地點(diǎn)。 

　　近代物理所科研人員金仕綸開(kāi)展了磁轉(zhuǎn)動(dòng)超新星爆發(fā)核反應(yīng)敏感度研究，通過(guò)研究(n,γ)、(n,p)、(α,n)、(α,p)、(p,γ)等反應(yīng)對(duì)最終核素豐度的影響，發(fā)現(xiàn)(α,n)反應(yīng)取代了(n,γ)反應(yīng)，成為弱快中子俘獲過(guò)程核合成的主導(dǎo)反應(yīng)。結(jié)合此前德國(guó)科學(xué)家在中微子加熱機(jī)制的超新星爆發(fā)研究中得到的相同結(jié)論，(α,n)反應(yīng)在兩種場(chǎng)景下、通過(guò)兩種方法均被證明主導(dǎo)了弱快中子俘獲過(guò)程核合成。這一結(jié)論值得在理論和實(shí)驗(yàn)方面進(jìn)行更深入的研究。 

　　研究同時(shí)指出，29<Z<36和80<A<90之間的核素的(α,n)反應(yīng)最為重要，它們的反應(yīng)率將強(qiáng)烈影響最終的合成結(jié)果。為精確了解(α,n)反應(yīng)對(duì)弱快中子俘獲過(guò)程的影響，該研究列舉了從元素Kr到Ag(36<Z<47)的一系列最為敏感的反應(yīng)。 

　　目前這些反應(yīng)對(duì)應(yīng)的核子尚無(wú)法被現(xiàn)有加速器產(chǎn)生，隨著強(qiáng)流重離子加速器裝置(HIAF)的建成，這些反應(yīng)在實(shí)驗(yàn)上被測(cè)量將成為現(xiàn)實(shí)。此研究將為未來(lái)在HIAF開(kāi)展此類實(shí)驗(yàn)提供重要的指導(dǎo)方向。 

　　該研究得到了西部之光“西部學(xué)者”重點(diǎn)項(xiàng)目、科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和中科院穩(wěn)定支持基礎(chǔ)研究領(lǐng)域青年團(tuán)隊(duì)計(jì)劃等項(xiàng)目的支持。 

　　文章鏈接：https://doi.org/10.3847/1538-4357/ac4f4a 

　圖：將(n,γ)、(n,p)、(α,n)、(α,p)、(p,γ)反應(yīng)率分別增長(zhǎng)或減弱10倍后每個(gè)質(zhì)量數(shù)豐度的變化。只有(α,n)反應(yīng)具備對(duì)全區(qū)間的影響。（金仕綸/圖） 

(放射性束物理室  供稿)