近日，中国科学院近代物理研究所的科研人员及合作者通过实验首次得到了X射线暴温度区间的²²Mg(α,p)²⁵Al天体反应率，为深入理解X射线暴的光变曲线和X射线双星系统的天体物理环境，提供了重要的实验数据，相关成果于10月19日发表在Physics Review Letters上。 

　　I型X射线暴是X射线双星系统中X射线突然增强很多倍的现象，其核过程包括3α反应、αp突破过程以及rp过程。在αp过程中，关键(α,p)反应直接影响核反应流，从而影响氢燃烧，导致X射线暴光变曲线的整体趋势发生改变。 

　　理论家预言，在所有的(α,p)突破反应中，²²Mg(α,p)²⁵Al反应率对X射线暴光变曲线的影响最大。然而长期以来，该反应的实验数据严重缺失，给X射线暴理论模型的预言带来了极大的不确定性。 

　　在X射线暴温区（0.4-2.0 GK），²²Mg(α,p)²⁵Al反应的截面极小，直接测量面临着统计严重不足的问题。近代物理所的研究人员提出了间接测量的方法：即利用²⁵Al+p共振散射研究复合核²⁶Si的能级性质，寻找对²²Mg(α,p)²⁵Al反应率有贡献的能级，确定它们的能级性质，从而计算反应率。 

　　实验在东京大学原子核科学研究中心的放射性束装置CRIB上进行。实验中，研究者们利用CRIB终端提供的放射性束²⁵Al轰击 (CH₂)_n靶，通过靶后硅探测器阵列对反冲质子进行测量，利用逆运动学厚靶技术重构出²⁵Al+p弹性散射的激发函数。研究者们发现了²⁶Si的13条共振能级，其中在α阈以上的能区发现了4条自然宇称态，它们会对²²Mg(α,p)²⁵Al的反应率产生重要贡献。利用这些共振能级的信息，研究者们首次通过实验得到了X射线暴温区的²²Mg(α,p)²⁵Al天体反应率。 

　　结合实验结果，理论研究人员对时钟型X射线暴源（GS 1826–24）的光变曲线进行了计算和拟合，结果证明实验得到的²²Mg(α,p)²⁵Al反应率对光变曲线有重大影响，模型拟合结果更加接近观测得到的光变曲线（平均偏差< 9%）；同时，针对光球半径膨胀型X射线暴源（SAX J1808.4–3658），研究人员提出了在吸积包层里的氦丰度新约束，修正了理论模型，重现了辐照度随复现时间变化的观测谱。这将有助于人们更深入地理解X射线暴的光变曲线和光球半径膨胀型X射线暴源。 

　　该项研究是由中科院近代物理研究所主导，联合日本东京大学、英国爱丁堡大学、意大利INFN实验室、韩国Sungkyunkwan大学、加拿大McMaster大学、澳大利亚Monash大学等科研单位共同合作完成。 

　　该研究得到了科技部重点研发计划、中科院战略性先导科技专项（B类）、国家自然科学基金面上项目和中国科学院国际人才计划的支持。 

　　文章链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.127.172701 

　　图1：I型X射线暴的艺术图。（图源/ Gabriel Pérez Díaz, Instituto de Astrofísica de Canarias） 

　　图2：KEPLER程序对X射线暴源GS1826-24模型计算结果。红色线表示用本工作测得的²²Mg(α,p)²⁵Al反应率的计算结果。（图源/Physics Review Letters） 

　　                     （放射性束物理室 储存环物理室 供稿）