核反应网络中的涌现复杂性：基于化学组织理论的恒星核合成研究

我们探索了反应网络中复杂结构的涌现，重点关注与恒星核合成相关的核反应网络。这项工作提出了一个植根于化学组织理论（COT）的理论框架，用以描述稳定的、自维持的结构如何从基本组分的相互作用中产生。关键的理论贡献包括将原子集形式化为基本反应单元，以及引入协同作用的概念来描述这些单元相互作用时新反应和新物种的涌现。定义了可分离性这一性质，以区分动态耦合系统与可分解的系统。然后将该框架应用于STARLIB核反应网络数据库，分析了网络结构（特别是原子集和半自维持集的形成与性质）如何随温度变化。结果表明，温度升高通常会增强网络凝聚力，导致原子集数量减少、规模增大。识别出了发生重大结构重组的临界温度，例如不同原子集簇的合并以及小型孤立反应单元的消失。分析揭示了核心簇——大型（包含超过1000个反应）、半自维持的结构，它们似乎构成了不同温度下所有潜在稳定核合成构型的核心。总体而言，本文提供了对复杂反应网络中稳定性和涌现的结构基础的理解，对理解恒星演化和核合成具有特定意义。