包括你戴的金戒指，宇宙80%的重元素來源終于有定論了！

2019-08-01 08:53 作者:博科園 0人讀過 | 我要投稿

你無名指上的金戒指，不僅僅是贊美的方式，圭爾夫大學(xué)物理學(xué)家的一項新研究表明，大部分重元素都是由一種幾乎被忽視的恒星爆炸噴發(fā)出來——即超新星爆炸。

這種爆炸發(fā)生在遠(yuǎn)離地球的時空中，這一發(fā)現(xiàn)可能會推翻我們對黃金和鉑金等地球重元素來源的理解。物理學(xué)教授丹尼爾·西格爾說：宇宙中大約80%的重元素可能是在恒星坍縮中形成。

坍縮是一種罕見但富含重元素的超新星爆發(fā)形式，由古老的大質(zhì)量恒星引力坍縮引起，其質(zhì)量通常是太陽的30倍以上。這一發(fā)現(xiàn)推翻了人們普遍認(rèn)為這些元素主要來自中子星之間或中子星與黑洞之間的碰撞觀點，其研究發(fā)表在《自然》上。利用超級計算機，模擬了坍縮的動力學(xué)，也就是舊恒星引力導(dǎo)致它們內(nèi)爆并形成黑洞。在模型中，巨大、快速旋轉(zhuǎn)的坍縮會噴射出重元素。

這些重元素的數(shù)量和分布“與在太陽系中觀察到的情況驚人地相似”，自然界中發(fā)現(xiàn)的大多數(shù)元素都是在恒星的核反應(yīng)中產(chǎn)生，并最終在巨大的恒星爆炸中被驅(qū)逐出去。在地球和宇宙其他地方發(fā)現(xiàn)的重元素，從很久以前的爆炸，從黃金和鉑，到用于核反應(yīng)堆的鈾和钚，再到更奇特的化學(xué)元素，如電子產(chǎn)品等消費品中發(fā)現(xiàn)的釹。直到現(xiàn)在，科學(xué)家們還認(rèn)為這些元素主要是在涉及中子星或黑洞的恒星碰撞中形成。

研究團隊在模擬指出坍縮是一個重元素誕生室之前，就開始研究這種合并的物理學(xué)。對中子星合并的研究使我們相信，在一種非常不同的恒星爆炸中誕生的黑洞，可能比中子星合并產(chǎn)生更多的黃金。雖然坍塌的頻率較低，但它們在產(chǎn)生重元素方面是可以彌補的，也會產(chǎn)生強烈的伽馬射線閃光。宇宙的這些重元素中，有80%應(yīng)該來自塌陷，坍縮在超新星中是相當(dāng)罕見的，甚至比中子星合并還要罕見。

但是它們射入太空的物質(zhì)量比中子星合并要高得多，該團隊現(xiàn)在希望通過觀察來驗證其理論模型，諸如定于2021年發(fā)射的詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡上的紅外儀器，應(yīng)該能夠探測到指向遙遠(yuǎn)星系坍陷中重元素的輻射。這將是一個明顯的信號，天文學(xué)家還可能通過觀察銀河系其他恒星中重元素的數(shù)量和分布來發(fā)現(xiàn)坍縮的證據(jù)，這項研究可能為我們了解銀河系的起源提供線索。試圖確定重元素的來源可能有助于我們了解星系是如何在化學(xué)上組裝的，以及星系是如何形成的。

這實際上可能有助于解決宇宙學(xué)中的一些重大問題，因為重元素是很好的示蹤劑。今年是德米特里·門捷列夫創(chuàng)建化學(xué)元素周期表150周年。從那時起，科學(xué)家們在周期表上添加了更多的元素，周期表是世界各地科學(xué)教科書和課堂的主要內(nèi)容。談到這位俄羅斯化學(xué)家，我們現(xiàn)在知道的元素比他不知道的多得多，令人著迷和驚訝的是，在研究了自然界的基本組成部分150年后，我們?nèi)匀徊惶靼子钪媸侨绾卧谠刂芷诒碇袆?chuàng)造出這么大一部分元素。