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原子能院研究成果為理解星際鋁-26來源之謎作出貢獻

來源:中國原子能科學研究院 發布日期:2022-06-21

近日,原子能院核物理研究所開展了II型(核心坍縮)超新星中微子過程對銀河系26Al(鋁-26)貢獻的研究,并取得重要進展。該研究結果被國際知名期刊美國天體物理學雜志《The Astrophysical Journal》(《天體物理學報》)接收發表。該研究通過建立系統的估算模型,計算出超新星中微子過程對銀河系26Al的貢獻程度,分析了模型參數對26Al產額的影響程度,為人類理解星際26Al的來源之謎作出貢獻。文章作者為原子能院核物理所博士后李歌星及其指導老師李志宏研究員。


26Al是天體物理研究中最為重要的放射性核素之一,在γ射線天文學和太陽系形成機制等研究中都具有重要意義。當前的銀河系中存在大量的26Al,由于26Al的壽命遠遠短于銀河系的演化時間,意味著當前銀河系中正在不斷合成該元素。尋找這些26Al的來源是當前核天體物理學研究的熱點問題,最新的天文觀測表明,26Al主要分布在銀盤上,與大質量恒星(大于8倍太陽質量)密切相關。當大質量恒星走到生命的盡頭時,它會以一場極為劇烈的爆炸來告別恒星舞臺,爆炸形成的一陣強大的中微子沖擊波是星際26Al的一個重要來源。


2021年7月以來,在李志宏研究員的指導下,李歌星開始研究超新星爆炸中微子對銀河系26Al的貢獻。以往研究方法的模型計算非常復雜,通常要耗費巨大的計算資源,并且隱藏在模型中的一些假設對最終結果的影響難以被直觀了解。為了弄清模型假設對26Al產額的影響,他們建立了一套系統的26Al產額估算模型,通過分析核心塌縮型超新星爆發核合成的模擬結果,計算出超新星中微子過程大約貢獻了0.16倍太陽質量的26Al。同時,他們研究了銀河系金屬豐度和質量分布對產額的影響,發現考慮銀河系金屬豐度分布之后,26Al的產額將提高50%。

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銀河系中超新星中微子核反應貢獻的26Al總質量隨中微子爆發溫度的變化

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考慮中微子震蕩效應后,中微子核過程貢獻的26Al質量概率密度分布


研究結果中,他們還成功分析了一些模型參數對26Al產額的影響程度,發現超新星中微子爆發時溫度的不確定性是最主要的誤差來源,而核心塌縮型超新星的爆發頻率和恒星初始質量函數則是重要誤差來源。在未來的天文觀測結果中,如果能對這些模型參數給予很好地控制,可極大提高人們對銀河系26Al產量的估算精度。


本項工作得到了國家基金委重大項目和財政部穩定支持等項目的資助。


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