用‘综合R-矩阵分析’方法研究核天体物理的两个重要难题

恒星氦燃烧阶段，3α和12C(α,γ)16O反应相互竞争，两者的反应速率共同决定了氦燃烧结束后C与O的丰度比，该值是大质量恒星后继演化以及伴随的元素核合成过程的初始条件。这些过程对12C(α,γ)16O在恒星环境中的温度为0.2×10^9K（Ecm=0.3 MeV，俘获总截面估计在10^−17 b）处的反应率极为敏感。天体物理模型要求12C(α,γ)16O反应率的精确度要低于10%，然而目前尚未有实验或理论上给出满足要求的结果。..目前最为直接和可靠地获取12C(α,γ)16O反应率的方法，就是尽可能往低能区测量其天体物理S因子，通过理论外推到感兴趣的能区。为了弄清16O核对于S因子的具体作用，四十多年的研究积累了大量的实验数据，包括精确测量12C(α, γ)16O的总的S因子，基态俘获的γ角分布，级联跃迁S因子, 16N核的β-延迟α粒子谱, 转移反应约化宽度，12C+α的弹散截面，以及更高能区的α1和p反应道数据。目前实验测量的12C(α,γ)16O反应在质心系891keV，测量误差50%以上。R-矩阵理论是上述实验数据拟合及其外推最为有效的分析手段，也是本工作的最为主要的研究内容。..首先，我们基于经典的R-矩阵理论，创立了用于低能核反应的多道、多能级的约化R-矩阵理论，用于拟合上述的几乎所有的16O系统的实验数据。拟合表明该理论下的积分和微分反应截面公式，可以精确的描述12C(α,γ)16O反应天体物理S因子和基态俘获的角分布实验数据。配和使用协方差统计和误差传播理论，通过迭代拟合16O系统的可用的实验数据，外推得到了客观的、内部自恰的和唯一性好的12C(α,γ)16O反应天体物理S因子。总的外推S因子为，Stot(0.3MeV)=162.7±7.3keV b，这是理论中首次给出达到天体物理模型的精度要求的S因子。主要结果参见已发表文章PRC 92, 045802 (2015)。..其次，基于R-矩阵分析给出的全能区的S因子，计算给出了温度位于0.04 ≤ T9 ≤ 10的12C(α,γ)16O天体物理反应率。在T9 = 0.2处, 推荐的反应率为(7.83 ± 0.35)×10^15 cm3mol−1s−1，相应的相对误差4.5%。我们理论上，首次给出满足恒星演化模型精确度要的反应率。结果发表于高影响因子天体物理期刊ApJ 817,L5 (2016)。