[論文レビュー] Fission and the r-process nucleosynthesis of translead nuclei

Samuel A. Giuliani, G. Martı́nez-Pinedo+2 more|arXiv (Cornell University)|Apr 7, 2019

Gamma-ray bursts and supernovae被引用数 3

ひとこと要約

本研究は、中性子星合体におけるr過程の過程で核分裂が超 lead 要素の合成に与える影響を調査する。微視的核データを用いて、分裂リサイクルが自由中性子の豊度を顕著に変化させ、重い核の最終生成物に影響を及ぼすことを示し、これがkilonovaの光曲線に関連する放射能エネルギー生成を形作ることを明らかにする。

ABSTRACT

We study the impact of fission on the production and destruction of translead nuclei during the r-process nucleosynthesis occurring in neutron star mergers. Abundance patterns and rates of nuclear energy production are obtained for different ejecta conditions using two sets of stellar reaction rates, one of which is based on microscopic and consistent calculations of nuclear masses, fission barriers and collective inertias. We show that the accumulation of fissioning material during the r process can strongly affect the free neutron abundance after the r-process freeze-out. This leads to a significant impact on the abundances of heavy nuclei that undergo $\alpha$ decay or spontaneous fission, affecting the radioactive energy production by the ejecta at timescales relevant for kilonova emission.

研究の動機と目的

• 中性子星合体のr過程において、分裂プロセスが超 lead 核の生成と破壊に与える影響を理解すること。
• r過程の凍結後における分裂リサイクルが自由中性子豊度に与える影響を評価すること。
• 特にアルファ崩壊または自発的分裂を経る核種に関して、分裂が最終的な重い核の生成分画に与える影響を評価すること。
• kilonova放射の timescales に関連する放射能エネルギー生成の変化を定量すること。

提案手法

• 微視的かつ一貫性のある核質量、分裂障壁、集団的慣性の計算に基づく2つの星間反応率セットを用いる。
• 温度、中性子密度、凍結時間の異なる噴出条件の下でr過程核合成をシミュレートする。
• 分裂する核種およびそれらの軽い核への中間的リサイクルを重点的に追跡する。
• 重い核の崩壊鎖からの自由中性子豊度および放射能エネルギー生成を計算する。
• 分裂活性ありと分裂不活性のシナリオを比較し、分裂の影響を明確に分離する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 中性子星合体の噴出ガスにおいて、r過程の凍結後に分裂リサイクルは自由中性子豊度をどのように変化させるか？
• RQ2 分裂は、特にアルファ崩壊または自発的分裂を経る核種を含め、超 lead 核の最終的生成分画にどの程度影響を及ぼすか？
• RQ3 特に微視的計算に基づく反応率セット—特にそれらが予測するr過程生成物にどのような影響を及えるか？
• RQ4 分裂は、kilonovaの光曲線を駆動する放射能エネルギー生成にどのような影響を及えるか？

主な発見

• 分裂リサイクルにより、r過程の凍結後に自由中性子豊度が顕著に低下する。これは繰り返しの分裂サイクルによる中性子放出に起因する。
• 分裂する物質の蓄積は、r過程の第二ピーク付近の核種に特に影響を及ぼし、重い核の最終的生成分画を変化させる。
• アルファ崩壊または自発的分裂を経る核種の生成物に、分裂が強く影響を及ぼし、放射能エネルギー生成への寄与を変化させる。
• 放射性崩壊に起因するエネルギー生成は顕著に変化し、kilonova光曲線のモデル化に影響を及える。