I型X射线暴是银河系中频繁发生的热核爆炸现象，主要出现在由中子星和伴星组成的低质量X射线双星系统中。其能量来源于中子星表面氢氦物质的热核不稳定燃烧，其本质是一系列快速的质子俘获反应(简称rp过程)。在该过程中，原子核快速捕获质子，形成更重的元素，其反应的速率与相关原子核的质量密切相关。
由于rp过程涉及到大量位于质子滴线附近的原子核，而这些原子核通常寿命较短、质量数据未知或精度不足，给精确计算核反应路径带来了极大的挑战和不确定性。在缺中子的磷和硫同位素中，由于磷-26和硫-27的质量数据精度较低，26P(p,γ)27S 的反应速率及其在rp过程核反应流中所占的比重一直存在争议。
图 基于兰州重离子加速器的原子核质量测量探测装置
依托兰州重离子加速器冷却储存环,研究团队利用磁刚度识别等时性质谱术，直接测定了磷-26和硫-27的精确质量，由此得到硫-27的质子分离能比此前高129-267keV，精度也较此前提高了八倍。
利用新的质量数据，研究团队发现在X射线暴环境条件下，更新后的26P(p,γ)27S 反应速率在0.4–2吉开尔文温度范围内显著增强，最高可提升至此前数据的五倍。同时，逆反应速率的不确定性也大大降低。分析表明，新的反应速率提高了硫-27与磷-26的丰度比，核反应流向硫-27的效率更高。
左图：rp-过程开始后100秒时核素丰度分布图。右图：不同的硫-27质子分离能情况下，硫-27与磷-26的丰度比随时间的演化。
这项研究消除了X射线暴中磷硫区域核合成路径的不确定性，对于深入理解X射线暴中的核合成过程具有重要意义。
该研究由中国科学院近代物理研究所主导，联合德国亥姆霍兹重离子研究中心、德国普朗克核物理研究所和日本埼玉大学等团队共同完成。论文第一作者为近代物理所博士研究生陈祖毅，通讯作者为近代物理所颜鑫亮副研究员、侯素青研究员。
该工作得到了国家重点研发计划、中国科学院青年创新促进会、中国科学院区域发展青年学者等项目的支持。
