[論文レビュー] The synthesis of the light Mo and Ru isotopes: how now, no need for an exotic solution ?

V. Costa, M. Rayet+2 more|arXiv (Cornell University)|May 25, 2000

Nuclear physics research studies参考文献 1被引用数 7

ひとこと要約

この論文は、NACREが報告した不確実性の範囲内で $^{22}$Ne($\alpha$,n) 反応率を10〜50倍に増加させることで、タイプII超新星における長年の軽いMoおよびRuのp核種の低産出問題が解決されると提案している。この調整によりヘリウム燃焼期のs過程種核の生成が向上し、$^{92}$Mo、$^{94}$Mo、$^{96}$Ru、$^{98}$Ruの産出量が向上するとともに、p核種に比べて酸素の過剰産出が緩和され、SN1987Aにおける観測されたBaの過剰蓄積とも整合性が取れるようになる。

ABSTRACT

The most detailed calculations of the p-process call for its development in the O/Ne layers of Type II supernovae. In spite of their overall success in reproducing the solar system content of p-nuclides, they suggest a significant underproduction of the light Mo and Ru isotopes. On grounds of a model for the explosion of a 25 solar mass star with solar metallicity, we demonstrate that this failure might just be related to the uncertainties left in the rate of the 22Ne(alpha,n)25Mg neutron producing reaction. The latter indeed have a direct impact on the distribution of the s-process seeds for the p-process.

研究の動機と目的

• タイプII超新星の標準p過程モデルにおける、軽いMoおよびRuのp同位体の継続的低産出問題を解決すること。
• かつて無視可能とされていた$^{22}$Ne($\alpha$,n) 反応率の不確実性が、その乖離を説明できるかどうかを調査すること。
• より高い$^{22}$Ne($\alpha$,n) 反応率が、酸素の過剰産出や$^{113}$Inおよび$^{115}$Snの低産出といった、複数のp過程の異常を同時に解消できるかどうかを検証すること。
• この非特異的解決策が、SN1987Aにおける観測されたBaの過剰蓄積を説明できるかどうかを評価すること。
• この解決策が、NACREが提示した$^{22}$Ne($\alpha$,n) 反応率の不確実性範囲内に収まり、特異な天体物理学的環境を仮定する必要がないことを示すこと。

提案手法

• 核合成計算は、ヘリウム核の燃焼から超新星爆発まで進化した25 $M_\odot$ の太陽系金属量を持つ星モデルを用いて実施した。
• NACREが採用した値から上限までを含む、$^{22}$Ne($\alpha$,n) 反応率の5つの異なる値を、$2-3 \times 10^8$ K の温度範囲で用いた。
• 各反応率に対して、NACREの更新された反応率とHauser-FeshbachコードMOSTを用いて、ヘリウム燃焼終了時のs過程種核の同位体割合を計算した。
• これらの変化する種核分布を基に、p過程ネットワークとRAHPNで適応された数値解法を用いてp過程産出量を再計算した。
• 主なp核種の正規化された過剰産出係数 $\left<F_i\right>/F_0$ を算出し、産出量の向上を評価した。
• 酸素に対するp核種産出量比への影響を評価し、酸素の過剰産出問題が緩和されるかどうかを検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NACREの不確実性範囲内で$^{22}$Ne($\alpha$,n) 反応率を上昇させることで、p過程モデルにおける軽いMoおよびRu同位体の低産出問題が解消できるか？
• RQ2 より高い$^{22}$Ne($\alpha$,n) 反応率は、かつて低産出であった$^{78}$Krおよび$^{84}$Srの産出量を同時に改善できるか？
• RQ3 $^{22}$Ne($\alpha$,n) 反応率の上昇により、SNIIモデルにおける酸素に対するp核種産出量比がどの程度低下するか？
• RQ4 上昇したs過程種核の生成が、SN1987Aで観測されたBaの過剰蓄積を説明できるか？
• RQ5 p核種産出量の向上は、p過程の効率向上に起因するのか、それとも初期種核の濃度上昇に起因するのか？

主な発見

• $^{22}$Ne($\alpha$,n) 反応率を10〜50倍に上昇させることで、$^{92}$Mo、$^{94}$Mo、$^{96}$Ru、$^{98}$Ruの予測産出量が太陽系の同位体割合とよりよく一致するようになる。
• かつて低産出とされていた$^{78}$Krおよび$^{84}$Sr同位体は、現在では約10〜100倍の過剰産出を示し、かつて気づかれなかった欠損を解消する。
• $^{113}$Inおよび$^{115}$Snの正規化過剰産出係数 $\left<F_i\right>/F_0$ は、$^{22}$Ne($\alpha$,n) 反応率をR3〜R4に引き上げると顕著に向上し、1に近づく。
• $^{22}$Ne($\alpha$,n) 反応率をNACREが採用した値から上限まで引き上げると、p核種の総産出量 $F_0$ は約15倍に増加する。
• $^{22}$Ne($\alpha$,n) 反応率をR3〜R4に引き上げると、酸素に対するp核種産出量比は4.4からほぼ1に低下し、過剰産出問題が解消される。
• SNII噴出物における予測されたBaの過剰蓄積は、SN1987Aで観測されたBaの過剰蓄積と一致するほど十分に増加し、モデルの観測との整合性を支持する。