Etude de la réaction 30P(p,g)31S dans les novae classiques

par Anne Meyer

Projet de thèse en Astrophysique nucléaire et nucléosynthèse

Sous la direction de Fairouz Hammache et de Nicolas De sereville.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de Particules, hadrons, énergie et noyaux: Instrumentation, Imagerie, Cosmos et Simulation , en partenariat avec Institut de physique nucléaire d'orsay (laboratoire) et de Université Paris-Sud (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-09-2016 .


  • Résumé

    Le taux de la réaction 30P(p,g)31S est l'un des derniers dont l'incertitude a un impact important sur la nucléosynthèse des novæ classiques. Si les grandes lignes de ce phénomène sont maintenant bien établies et modélisées, il reste cependant de grandes questions en suspens telles que la nature du mélange entre la matière accrétée et celle de la naine blanche. Des observations astronomiques et météoritiques fines ainsi qu'une connaissance précise des sections efficaces des réactions nucléaires impliquées permettront de répondre à ces questions. Notamment, des études de sensibilité ont montré que la variation du taux de la réaction 30P(p,g)31S avait un impact important sur les rapports d'abondance élémentaire de Si/H, O/S, S/Al, O/P et P/Al. Ceux-ci sont des indicateurs privilégiés permettant de contraindre le mécanisme de mélange. Le but de la thèse proposée est de réduire les incertitudes nucléaires associées à la réaction 30P(p,g)31S en mesurant les propriétés spectroscopiques (rapports de branchements, spins) des résonances d'intérêt astrophysique. Une première expérience, 31P(3He,t)31S, sera réalisée à ALTO en utilisant le spectromètre magnétique Split-Pole couplé à des détecteurs siliciums à pistes double-face. Une deuxième expérience, 32S(d,t)31S et 32S(d,3He)31P, sera réalisée au TANDEM du Maier-Leibnitz-Laboratorium où un faisceau polarisé de deutons sera utilisé pour peupler les états d'intérêt.

  • Titre traduit

    Study of key resonances in the 30P(p,g)31S reaction in classical novae


  • Résumé

    Classical novae outbursts are the third most energetic explosions in the Universe after gamma-ray bursts and supernovae. During this explosive burning, nucleosynthesis takes place and the newly synthesized material is ejected into the interstellar medium. In order to understand these objects, the study of presolar grains and gamma-ray emitters are of specific interest since they can give direct insights into the nucleosynthesis processes and isotopic abundances. The 30P(p,g)31S reaction is one of the few remaining reactions with a rate uncertainty which has a strong impact on classical novae model predictions. Sensitivity studies have shown that it has the largest impact on the predicted elemental abundance ratios of Si/H, O/S, S/Al, O/P and P/Al, which can be used to constrain physical properties of classical novae. The 30Si/28Si isotopic ratio, which is an important signature that helps to identify presolar meteoritic grains of a likely nova origin, depends also strongly on the 30P(p,g)31S reaction rate. The goal of the thesis is to reduce the nuclear uncertainties associated to the 30P(p,g)31S reaction by measuring spectroscopic properties (branching ratio and spin) of the resonances of astrophysical interest. A first experiment, 31P(3He,t)31S, will be performed at ALTO using the Enge Split-Pole magnetic spectrometer coupled with an array of DSSSDs (Double Sided Silicon Stripped Detectors). The comparison of the focal plane spectra obtained for single and coincidence events will allow the extraction of the proton branching ratios. A second experiment, 32S(d,t)31S and 32S(d,3He)31P, will be conducted at the Maier-Leibnitz-Laboratorium Tandem where a polarized deuteron beam will be used to populate the levels of interest. Light particles produced during the reaction will be momentum analyzed by the Q3D magnetic spectrograph and their angular distribution together with their analyzing power will be interpreted in the DWBA (Distorded Wave Born Approximation) framework to get the spin information. Results of these experiments will then be used to calculate a new 30P(p,g)31S reaction rate.