李志宏科学网博客分享 http://blog.sciencenet.cn/u/zhli401

博文

锦屏深地核天体物理实验的首个实验成果 精选

已有 5880 次阅读 2021-12-17 19:26 |系统分类:论文交流

锦屏深地核天体物理实验的首个实验成果

上世纪八十年代以来,科学家们使用太空伽马射线望远镜对银河系进行了大量观测,他们发现一条强度很高、能量为1.809 MeV的伽马射线。科学家们的分析结果表明,这条伽马射线来自银河系星际介质中的26Al核素。26Al基态的寿命约为1百万年,可以通过贝塔衰变或轨道电子俘获生成26Mg的激发态,该激发态会发射1.809 MeV的伽马射线,退激到26Mg的基态。根据这条伽马射线的通量可以估算出银河系星际介质中26Al核素的含量约为太阳质量的3倍,结果让科学家们非常震惊。因为26Al的寿命同太阳系的寿命(46亿年)相比实在是太小了,早期产生的26Al已经消亡殆尽,那么银河系中如此多的26Al是如何又是在哪里产生的呢?

随着科学家对26Al来源之谜研究的深入,人们发现26Al中隐含着更多的宇宙秘密。比如,通过研究太阳系形成初期的26Al丰度,可以揭示触发太阳系形成的“扳机”事件;球状星团曾被认为是研究星系年龄的理想场所,然而一些观测结果却发现其中一些AGB星呈现Mg-Al丰度反关联;宇宙中60Fe和26Al的伽马射线通量比还与恒星生产率直接相关,可以为我们认识太阳系的产生场所提供一个重要约束。总之,星际26Al的来源成为世界核科学研究的热点问题,相关研究面临着激烈的国际竞争。

为在激烈的国际竞争中取得有利地位,锦屏深地核天体物理实验团队选择25Mg(p,γ)26Al反应进行研究。该反应是恒星中产生26Al的关键反应,26Al的几个阈上能级(58,92,189,304 keV)的共振俘获过程对反应率有重要贡献。189和304 keV的共振俘获截面较大,地面设施能够进行高精度的测量。58 keV的共振俘获截面很小,难以直接测量。2020年,研究团队使用一种间接测量方法,获得了58 keV能级的共振强度。当前,25Mg(p,γ)26Al反应的不确定性主要由92 keV的共振俘获决定,对该能级的共振强度和基态分配因子的精确测量能够高精度地给出AGB星环境下25Mg(p,γ)26Al反应的天体物理反应率,从而为解决星际26Al的来源之谜做出贡献。

92keV的共振俘获截面很小,测量相当困难。在地面实验室进行测量时,反应产生的些许效应计数将会淹没在宇宙射线的汪洋大海中,根本无法提取有效数据。意大利的科学家首先把加速器搬到山洞中,利用山体的岩石屏蔽宇宙射线,从而获得了92 keV能级的共振强度和基态分配因子。然而,由于他们的实验室不够深,加速器的束流强度不够高,导致实验结果误差很大,满足不了恒星模型计算要求的精度。

image.png

我国的锦屏深地实验室有着得天独厚的屏蔽条件,岩石厚度比意大利多1000米,宇宙射线的强度小两个数量级。我国深地核天体物理团队在国家基金委、中核集团和中国科学院的支持下,成功研制出流强可达10 mA的加速器装置。还建成了几何效率超过90%的BGO伽马探测器阵列,经过冷却后获得国际最高能量分辨。相比国际上的深地实验室,锦屏核天体物理实验装置有如下优势:实验室的本底水平最低,深地加速器的束流强度最大,BGO伽马探测器阵列的能量分辨好。借助这一优势,研究团队在2021年1月1日开始进行92 keV共振俘获反应的测量,经过15天夜以继日的奋战,获得了世界上精度最好的测量结果。如下图所示,实验得到的共振强度误差为8%,基态分配因子的误差为6%,都是世界最精确的实验结果。

c591458762282b107bff9504ce573dbf.png

图1. 锦屏实验结果与已有数据的比较 

研究结果表明,在AGB星感兴趣的0.1GK温度下,实验得到的反应率比国际评价结果大2.4倍,这意味着AGB星能产生更多的26Al。该高精度的反应率数据将为研究AGB星的对流模型提高一个很好的约束,也能为解释球状星团的元素丰度分布异常提供重要的数据支撑。

该工作是锦屏深地核天体物理实验的首个实验成果,研究论文入选为Science Bulletin 2022年第2期的封面文章。

546cfd1d8b4f14ab767322bbf1440799.jpg



https://m.sciencenet.cn/blog-3480465-1317015.html

上一篇:氘氚核聚变是太阳中的主要核反应吗?
下一篇:年终总结

5 杨正瓴 柴清祯 王安良 杨顺楷 何金华

该博文允许注册用户评论 请点击登录 评论 (2 个评论)

数据加载中...

Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备07017567号-12 )

GMT+8, 2022-10-7 09:52

Powered by ScienceNet.cn

Copyright © 2007- 中国科学报社

返回顶部