Structure of 24Mg excited states and their influence on nucleosynthesis

Abstract

Još od prvih proučavanja sustava 12C+12C, gdje su uočene izražene rezonancije u udarnom presjeku mjerenja elastičnog raspršenja te reakcijama prijenosa, ovaj sustav i dalje privlači pažnju. Posebno zato što reakcija 12C+12C, ima vrlo važnu ulogu u zvjezdanim sustavima bogatim ugljikom, kao što su super AGB zvijezde, supernove tipa Ia te superbljeskovi. Astrofizički značajno područje energije ovog sustava, za ove zvjezdane objekte, je između 1.5 i 3.3 MeV u energiji u sustavu centra mase sistema 12C+12C, što je ekvivalentno području između 15.4 i 17.2 MeV u energiji pobuđenja jezgre 24Mg. Dosadašnja mjerenja udarnog presjeka ove reakcije pokrivaju područje do 2.10 MeV. Kako se ovo područje energija od astrofizičke važnosti, nalazi ispod kulonske barijere, očekuje se da su samo stanja niskog spina, 0+ ili 1−, važna za proces gorenja ugljikom. Kod stanja višeg spina, postaje značajan i doprinos centrifugalne barijere, što čini udarni presjek još manjim. Mjerenje udarnog presjeka reakcije 12C+12C, u astrofizičkom području energija, je vrlo zahtjevno i dugotrajno. Komplementarni pristup ovom problemu je korištenje indirektnih tehnika mjerenja. U ovom radu su predstavljene dvije indirektne tehnike mjerenja, metoda rezonantne čestične spektroskopije pomoću koje je proučavana reakcija 16O(12C,α)24Mg*, te metoda rezonantnog elastičnog raspršenja za mjerenje reakcije 4He(20Ne,4He)20Ne. Glavna ideja ovog rada je proučavanje rezonantnih struktura jezgre 24Mg, s posebnim naglaskom na stanja opažene u astrofizički značajnom području energija, spina 0+ ili 1−. Analiza rezonancija opaženih u različitim kanalima raspada 24Mg, te izračunati omjeri grananja tih stanja, su pomogli u razumijevanju karakteristika niza pobuđenih stanja 24Mg. Detaljnom analizom je utvrđeno, da u ova dva mjerenja, nije opaženo stanje spina 0+ ili 1− u astrofizički značajnom području energija. No ne može se isključiti mogućnost postojanja takvog stanja, koje nije moglo biti opaženo radi prevelike gustoće stanja te nedovoljno dobre rezolucije mjerenja. Analiza predstavljena u ovom radu, ukazuje na probleme koji postoje u traženju astrofizički značajnog stanja, primjenom indirektnih metoda rezonantne čestične spektroskopije i rezonantnog elastičnog raspršenja. Dobiveni rezultati mjerenja metodom rezonantne čestične spektroskopije su ukazali na značajan doprinos strukture u kojoj je 20Ne u svojim pobuđenim stanjima, za stanja 24Mg koja se raspadaju u kanal α+20Ne. Ta informacija je značajno olakšala analizu mjerenja metodom rezonantnog elastičnog raspršenja. Analizom mjerenja izvršenog metodom rezonantnog elastičnog raspršenja, određeni su parametri više pobuđenih stanja 24Mg, a koji do sad, nisu bili dostatno poznati.Since the first study of the 12C+12C system, which showed prominent resonances in the elastic scattering and the transfer reaction cross section measurements, study of this system is relevant even today. Especially because of the important role that the 12C+12C reaction has on the carbon-rich stellar systems, such as super AGB stars, supernovae Type Ia and superbursts. The relevant energy range of the cross section measurements for these stellar systems is between 1.5 and 3.3 MeV in the energy of the center of the mass of the 12C+12C system, which is equivalent to 15.4-17.2 MeV in the excitation energy of 24Mg. Current cross section measurements of the 12C+12C system extend down to 2.10 MeV. Since this region of astrophysical interest is far below Coulomb barrier, it is expected that only 0+ or 1− state is relevant for the carbon burning process. The cross section measurement of the 12C+12C reaction, in the astrophysical region of interest, is difficult and long lasting. Different approach to this problem is made by using indirect techniques of measurement. In this work, two indirect techniques of measurement are presented, the resonant particle spectroscopy method that studied 16O(12C,α)24Mg* reaction, and the resonant elastic scattering method, that studied the 4He(20Ne,4He)20Ne reaction. The main idea of this work was to study the resonance structures of 24Mg, with strong emphasis on the resonances observed in the astrophysical region of interest, with spin 0+ or 1−. The analysis of the resonances observed in different decay channels, their branching ratios, has been performed in order to understand the structure of 24Mg excited states. Detailed analysis showed that in both measurements, the 0+ or 1− state in the astrophysical region of interest, was not observed. Although one can not exclude the existence of that kind of state, that could not be observed due to the high density of the states and not high enough resolution of the experiments. Analysis presented in this work, showed the problems that one experiences by using indirect methods of measurement, the resonant particle spectroscopy method and the resonant elastic scattering method, to observe the astrophysical relevant state. The results of the analysis of the resonant particle spectroscopy method measurement, showed high contribution of the structures, in which 20Ne is in its excited states, for the states in 24Mg that decay into the α+20Ne channel. This information made the analysis of the measurement done by the resonant elastic scattering method much easier. The analysis of the resonant elastic scattering method measurement determined parameters of many of the 24Mg excited states, that weren’t well known before