[論文レビュー] New Astrophysical Reaction Rate for the $^{12} extrm{C}(\alpha,\gamma)^{16} extrm{O}$ Reaction

Zhen-Dong An, Y. G.+4 more|arXiv (Cornell University)|Feb 4, 2016

Nuclear physics research studies参考文献 33被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、実験データに対するグローバルなマルチチャンネルR行列フィットを用いて、12C(α,γ)16O反応の新しい天体物理学的反応率を提示する。この手法により、星間温度における外挿されたS因子の不確実性が顕著に低減された。T9 = 0.2における反応率は(7.83 ± 0.35)×10¹⁵ cm³ mol⁻¹ s⁻¹であり、NACRE IIおよびBuchmann (1996) より10%高いが、NACREより16%低い。また、主要なモデル間の整合性が向上し、星間モデル応用のための新しい解析的公式が提示された。

ABSTRACT

A new astrophysical reaction rate for $^{12}$C($\alpha,\gamma$)$^{16}$O has been evaluated on the basis of a global R-matrix fitting to the available experimental data. The reaction rates of $^{12}$C($\alpha,\gamma$)$^{16}$O for stellar temperatures between 0.04 $\leq$ $T_9$ $\leq$ 10 are provided in a tabular form and by an analytical fitting expression. At $T_9$ = 0.2, the reaction rate is (7.83 $\pm$ 0.35)$ imes10^{15}$ $ m{cm^3 mol^{-1} s^{-1}}$, where stellar helium burning occurs.

研究の動機と目的

• 実験的データが乏しいガンマウ・ウインドウ領域における天体物理学的温度での12C(α,γ)16O反応率の精度を向上させること。
• 複数の反応チャンネルからの補足的実験的データを統合することにより、12C(α,γ)16O反応の外挿S因子における不確実性を低減すること。
• 星間進化および核合成モデルへの応用を想定し、不確実性を明確に定量化した新しい自己一貫性のある反応率を提供すること。
• 温度範囲0.04 ≤ T9 ≤ 10において、星間ネットワークコードへの直接応用を目的とした解析的フィッティング式を構築すること。
• NACRE、NACRE II、Katsumaなどの以前のコンパイレーションにおける不一致を解消するため、マルチチャンネル制約を含むグローバルR行列フィットを用いること。

提案手法

• 16O化合物核に関する利用可能な実験的データ（微分断面積および全角積分断面積）に対するグローバルなマルチチャンネルR行列フィットを実施する。
• 不確実性の定量的評価に、Smith (1991) の誤差伝搬式を用い、エネルギー範囲全域における全断面積および部分S因子の不確実性を算出する。
• α移行反応（例：⁶Li(¹²C,d)¹⁶O）からの制約を組み込むことで、特に6.05 MeVおよび6.13 MeVの状態におけるキャスケード遷移寄与の正確性を向上させる。
• 標準的な天体物理学的反応率式（式1）を用いて、自己一貫性のあるS(E)因子とその不確実性からNA⟨σv⟩を計算する。
• 12パラメータ（a₀からa₁₁）を有する解析的フィッティング式（式2）を導出することで、全温度範囲における表形式の反応率を最大4.0%の偏差で再現する。
• 温度範囲にわたる比較的分析を通じて、本稿の新しい反応率がNACRE、NACRE II、Buchmann、Kunz、Katsumaなどの以前のコンパイレーションと一致するかを検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 マルチチャンネルR行列フィットと補足的データの統合を用いて、12C(α,γ)16Oの外挿S因子における不確実性をどのように低減できるか？
• RQ2 低星間温度（T9 ≈ 0.2）におけるキャスケード遷移モデリングの改善が、全反応率に与える影響は何か？
• RQ3 本稿の新しい反応率は、NACRE、NACRE II、Buchmann、Kunzなどの以前のコンパイレーションと、天体物理学的に関連する温度範囲でどのように定量的に比較できるか？
• RQ4 新しい解析的公式は、星間進化モデルへの応用を想定した場合、表形式の反応率をどの程度正確に再現するか？
• RQ5 ガンマウ・ウインドウ付近のS因子における不確実性をさらに低減するためには、どのような実験的および理論的改善が必要か？

主な発見

• T9 = 0.2における新しい反応率は(7.83 ± 0.35)×10¹⁵ cm³ mol⁻¹ s⁻¹であり、NACRE IIおよびBuchmann (1996) より10%高いが、NACREより16%低い。
• 0.3 MeVにおける外挿された全S因子は162.7 ± 7.3 keV bであり、基底状態捕獲（98.0 ± 7.0 keV b）およびキャスケード遷移（56.0 ± 4.1 keV b）からの寄与が顕著である。
• S6.05(0.3 MeV)は4.91 ± 1.11 keV bであり、Avilaら（2015）と一致し、建設的干渉を示している。
• S6.13(0.3 MeV)の値は0.16 ± 0.26 keV bであり、破壊的干渉を示しており、Avilaら（2015）と一致している。
• 解析的フィッティング式（式2）は、全温度範囲で表形式の反応率と4.0%以内で一致し、特に重要なT9 = 0.1–0.3範囲では最大で1%の偏差にとどまる。
• 本稿の新しい反応率は、T9 ≈ 4.0未満ではNACRE IIおよびBuchmann (1996) と良好に一致し、T9 = 4.0以上ではNACREと一致する。これにより、以前のモデル（例：Katsuma, 2012）との不一致が解消された。