Étude expérimentale des réactions ¹³N(a,p)¹⁶O et ³⁰P(p,g)³¹S, et impact sur les abondances isotopiques extrêmes en ¹³C, ¹⁵N et ³⁰Si dans les grains pré-solaires

Experimental study of the ¹³N(a,p)¹⁶O and ³⁰P(p,g)³¹S reactions, and impact on extremely high ¹³C, ¹⁵N and ³⁰Si isotopic abundances in presolar grains

• Auteur / Autrice : Anne Meyer
• Direction : Faïrouz Hammache
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Astrophysique nucléaire et nucléosynthèse
• Date : Soutenance le 24/01/2020
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Particules, hadrons, énergie et noyau : instrumentation, imagerie, cosmos et simulation (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Université Paris-Saclay. Faculté des sciences d’Orsay (Essonne ; 2020-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physique des deux infinis Irène Joliot-Curie (2020-....)
• Jury : Président / Présidente : Elias Khan
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : François De Oliveira Santos, Georges Meynet, Sandrine Courtin, Nicolas de Séréville
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : François De Oliveira Santos, Georges Meynet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Spectromètres magnétiques

Réactions nucléaires

Nucléosynthèse

Mots clés libres

Grains pré-solaires

Novæ et supernovæ

Réaction de transfert et DWBA

Facteurs spectroscopiques

Rapports de branchement

Taux de réaction

Presolar grains

Novae and supernovae

Transfer reaction and DWBA

Spectroscopic factors

Branching ratios

Reaction rate

Résumé

On retrouve dans les météorites primitives des grains qui se sont condensés dans différents environnements stellaires et sont restés intacts après la formation du système solaire. L'identification du site d'origine de ces grains pré-solaires est effectuée grâce à la comparaison entre les abondances isotopiques mesurées et celles prédites par les modèles stellaires. Nous présentons dans ce manuscrit les analyses de deux expériences effectuées à l'installation ALTO avec le spectromètre magnétique split-pole, visant à réduire les incertitudes associées à deux réactions jouant un rôle dans la production des isotopes utilisés pour identifier les grains de novæ. Ces derniers sont caractérisés par des abondances extrêmes en ¹³C, ¹⁵N et ³⁰Si, mais la découverte dans certains grains d'isotopes caractéristiques de la nucléosynthèse dans les supernovæ à effondrement de coeur (CCSN) a remis en question cette origine. La première étude concerne l'impact du taux de la réaction ¹³N(a,p)¹⁶O sur les abondances en ¹³C prédites par de récents modèles de CCSN. Nous procédons à une ré-évaluation du taux de cette réaction en utilisant une méthode Monte Carlo pour obtenir des incertitudes statistiques. Les largeurs partielles alpha des états du noyau composé ¹⁷F sont déterminées en se basant sur les propriétés des états analogues du noyau miroir ¹⁷O qui ont été mesurées en utilisant la réaction de transfert alpha ¹³C(7Li,t)¹⁷O. Nous nous intéressons ensuite à la réaction ³⁰P(p,g)³¹S, qui est une des dernières réactions dont l'incertitude du taux a un impact important sur les prédictions faites par les modèles de novæ classiques, notamment des abondances en ³⁰Si. Pour réduire les incertitudes sur les propriétés spectroscopiques du noyau composé ³¹S, une étude de la réaction ³¹P(³He,t)³¹S a été effectuée. Les tritons et les protons de décroissance venant des états peuplés du ³¹S ont été détectés simultanément à l'aide du spectromètre et de détecteurs silicium à pistes. L'étude des corrélations angulaires proton est présentée et les rapports de branchement extraits.

Primitive meteorites contain several types of dust grains that condensed in different stellar environments and survived destruction in the early Solar System. The stellar sources where these presolar grains come from are identified through comparisons between measurements of isotopic abundances and predictions by stellar models. In this manuscript is presented a detailed analysis of two experiments performed at the ALTO facility, using the split-pole magnetic spectrometer, aiming at reducing the nuclear uncertainties associated to two reactions which rate uncertainty affects the synthesis of isotopes used to identify putative novae grains. These grains are characterised by extremely high ¹³C, ¹⁵N and ³⁰Si isotopic abundances, but isotopic signatures found in a few grains indicate also a possible core-collapse supernovae (CCSN) origin. We first study the impact of the ¹³N(a,p)¹⁶O reaction rate uncertainty on ¹³C abundances predicted by recent CCSN models. We perform a re-evaluation of this reaction rate using a Monte Carlo approach to obtain meaningful statistical uncertainties. Alpha partial widths of states in the ¹⁷F compound nucleus are determined using the spectroscopic informations of the analog states in the ¹⁷O mirror nucleus that were measured using the ¹³C(7Li,t)¹⁷O alpha-transfer reaction. We then study the ³⁰P(p,g)³¹S reaction, which is one of the few remaining reactions which rate uncertainty has a strong impact on classical novae model predictions, in particular for ³⁰Si abundances. To reduce the nuclear uncertainties associated to this reaction, we studied the ³¹P(³He,t)³¹S reaction. Triton and proton decays from the populated states in ³¹S were detected simultaneously using the spectrometer and silicon strip detectors. The study of the angular correlations of proton decays is presented and branching ratios are extracted.