MARC

 008250123s2024        us                              c    eng  d
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■020    ▼a9798382346960
■035    ▼a(MiAaPQ)AAI30991340
■040    ▼aMiAaPQ▼cMiAaPQ
■0820  ▼a530
■1001  ▼aJain,  Rahul.▼0(orcid)0000-0001-9859-1512
■24510▼aNuclear  Data  to  Quantify  Urca  Cooling  in  Accreting  Neutron  Stars
■260    ▼a[Sl]▼bMichigan  State  University▼c2024
■260  1▼aAnn  Arbor▼bProQuest  Dissertations  &  Theses▼c2024
■300    ▼a149  p
■500    ▼aSource:  Dissertations  Abstracts  International,  Volume:  85-11,  Section:  B.
■500    ▼aAdvisor:  Schatz,  Hendrik.
■5021  ▼aThesis  (Ph.D.)--Michigan  State  University,  2024.
■520    ▼aNeutron  stars  in  Low  Mass  X-ray  Binaries  (LMXBs)  can  accrete  matter  onto  their  surface  from  the  companion  star.  Transiently  accreting  neutron  stars  go  through  alternating  phases  of  active  accretion  outbursts  and  quiescence.  X-ray  observations  during  the  quiescence  phase  show  a  drop  in  X-ray  luminosity  with  the  time  in  quiescence.  This  is  also  inferred  as  the  drop  in  surface  temperature  or  the  cooling  of  accreting  neutron  stars  in  quiescence.  Analyzing  these  cooling  curves  reveals  a  great  deal  of  information  about  the  structure  and  composition  of  neutron  stars.  However,  model-observation  comparisons  of  such  cooling  curves  are  challenging  -  partly  due  to  observational  uncertainties,  and  partly  due  to  incomplete  knowledge  of  heating  mechanisms  during  accretion  outbursts.  This  situation  is  further  exacerbated  by  the  recent  discovery  of  Urca  cooling  in  the  neutron  star  crust.  These  are  cycles  that  alternate  between  electron-capture  and  \uD835\uDEFD-decay  to  produce  a  large  flux  of  neutrinos  and  anti-neutrinos.  These  freely  stream  out  of  the  star  and  carry  energy  with  them,  essentially  cooling  the  neutron  star  crust  without  changing  the  composition.  As  a  result,  it  is  necessary  to  accurately  quantify  the  strength  of  Urca  cooling  to  constrain  the  heat  sources  in  neutron  star  crusts  and  facilitate  better  model-observation  comparisons  of  the  cooling  curves.Urca  cooling  is  effective  only  for  a  certain  subset  of  nuclei  with  specific  properties.  One  of  the  required  conditions  is  a  strong  ground-state  to  ground-state  \uD835\uDEFD-decay  transition  strength  for  a  nucleus.  Previous  studies  have  shown  33Mg  to  be  a  strong  Urca  cooling  agent  for  neutron  star  crusts  composed  of  X-ray  burst  ashes.  This  is  attributed  to  a  37%  strong  ground-state  branch  in  the  \uD835\uDEFD-decay  of  33Mg  inferred  from  high-resolution  \uD835\uDEFD-delayed  \uD835\uDEFE  spectroscopy.  This  is,  however,  a  first-forbidden  transition  and  the  strong  ground-state  branch  seems  anomalously  high  compared  to  theoretical  calculations.  A  goal  of  this  dissertation  is  to  remeasure  this  transition  strength  using  Total  Absorption  Spectroscopy  with  the  SuN  detector.  \uD835\uDEFD-delayed  neutron  branching  ratio  is  also  measured  with  the  NERO  detector.  A  combination  of  SuN  and  NERO  helps  mitigate  the  Pandemonium  effect,  which  is  shown  to  systematically  overestimate  low-energy  branchings  in  high-resolution  \uD835\uDEFE  spectroscopy.The  ground-state  branch  for  the  \uD835\uDEFD-decay  of  33Mg  →  33Al  was  measured  to  be  0.7(24)%  corresponding  to  a  log-ft  value  of  7.0+∞−0.7.  This  is  significantly  lower  than  the  previous  measurement  and  is  consistent  with  the  first-forbidden  nature  of  the  transition  arising  from  the  recently  confirmed  negative  parity  ground  state  of  33Mg.  It  further  translates  into  a  substantially  reduced  intrinsic  Urca  cooling  luminosity  of  L34  =  60.0.  This  highlights  the  importance  of  Total  Absorption  Spectroscopy  and  motivates  future  experiments  with  this  technique  to  refine  calculations  of  Urca  cooling.The  rate  of  Urca  cooling  (L34)  is  extremely  sensitive  to  electron-capture  thresholds  (QEC)  and  is  proportional  to  |(QEC)|5  .  These  electron-capture  thresholds  depend  on  nuclear  masses.  Several  of  the  potential  Urca  cooling  candidates  are  neutron-rich  exotic  nuclei  whose  masses  have  not  been  measured  experimentally  and  Urca  cooling  calculations  have  to  rely  on  theoretical  mass  predictions.  However,  theoretical  model  predictions  diverge  as  they  move  away  from  the  stable  nuclei  and  do  not  have  uncertainties.  A  global  nuclear  mass  model  with  quantified  uncertainties  is  also  developed  as  a  part  of  this  dissertation  using  Bayesian  Gaussian  Process  Regression  and  Bayesian  Model  Averaging  (BMA).  Updated  neutron  star  crust  calculations  with  the  BMA  mass  model  change  not  only  the  magnitude  of  Urca  cooling  but  also  the  depth  at  which  it  happens.  This  has  important  implications  for  the  overall  thermal  profile  of  the  accreting  neutron  star  crust.
■590    ▼aSchool  code:  0128.
■650  4▼aPhysics
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■650  4▼aNuclear  physics
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■650  4▼aAnalytical  chemistry
■653    ▼aBeta-decay
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■653    ▼aLow  Mass  X-ray  Binaries
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■690    ▼a0756
■71020▼aMichigan  State  University▼bPhysics  -  Doctor  of  Philosophy.
■7730  ▼tDissertations  Abstracts  International▼g85-11B.
■790    ▼a0128
■791    ▼aPh.D.
■792    ▼a2024
■793    ▼aEnglish
■85640▼uhttp://www.riss.kr/pdu/ddodLink.do?id=T17160226▼nKERIS▼z이  자료의  원문은  한국교육학술정보원에서  제공합니다.

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