近期，中国科学院近代物理研究所科研团队对质子滴线原子核磷-26和硫-27的质量进行了精确测量，确定了相关热核反应速率，为深入理解X射线暴机制及其中的元素合成过程提供了关键数据。相关结果于12月1日发表在《天体物理学杂志》（The Astrophysical Journal）上。

I型X射线暴是银河系中频繁发生的热核爆炸现象，主要出现在由中子星和伴星组成的低质量X射线双星系统中。其能量来源于中子星表面氢氦物质的热核不稳定燃烧，其本质是一系列快速的质子俘获反应（简称rp过程）。在该过程中，原子核快速捕获质子，形成更重的元素，其反应的速率与相关原子核的质量密切相关。

由于rp过程涉及到大量位于质子滴线附近的原子核，而这些原子核通常寿命较短、质量数据未知或精度不足，给精确计算核反应路径带来了极大的挑战和不确定性。在缺中子的磷和硫同位素中，由于磷-26和硫-27的质量数据精度较低，²⁶P(p,γ)²⁷S 的反应速率及其在 rp 过程核反应流中所占的比重一直存在争议。

依托兰州重离子加速器冷却储存环,研究团队利用磁刚度识别等时性质谱术，直接测定了磷-26和硫-27的精确质量，由此得到硫-27的质子分离能比此前高129-267keV，精度也较此前提高了八倍。

利用新的质量数据，研究团队发现在X射线暴环境条件下，更新后的²⁶P(p,γ)²⁷S 反应速率在0.4–2吉开尔文温度范围内显著增强，最高可提升至此前数据的五倍。同时，逆反应速率的不确定性也大大降低。分析表明，新的反应速率提高了硫-27与磷-26的丰度比，核反应流向硫-27的效率更高。

这项研究消除了X射线暴中磷硫区域核合成路径的不确定性，对于深入理解X射线暴中的核合成过程具有重要意义。

该研究由中国科学院近代物理研究所主导，联合德国亥姆霍兹重离子研究中心、德国普朗克核物理研究所和日本埼玉大学等团队共同完成。论文第一作者为近代物理所博士研究生陈祖毅，通讯作者为近代物理所颜鑫亮副研究员、侯素青研究员。

该工作得到了国家重点研发计划、中国科学院青年创新促进会、中国科学院区域发展青年学者等项目的支持。

文章链接：

https://doi.org/10.3847/1538-4357/ae1470  

图1：左图：rp-过程开始后100秒时核素丰度分布图。右图：不同的硫-27质子分离能情况下，硫-27与磷-26的丰度比随时间的演化

图：基于兰州重离子加速器的原子核质量测量探测装置

（储存环核物理室     供稿）