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        人见人爱的“黄金”竟是天外来客

        DATE

        2019-06-19 10:22

        太阳系的重金属元素如黄金和铂的来源引起了天文学家的极大兴趣。其中最流行的理论是,中子星碰撞后,致密物质飞溅到太空中。

        然而,新研究已经发现了另一源头:经常被忽视的超新星。研究人员断言,它们可能制造了宇宙中至少80%的重元素。

        讨论涉及特殊的坍缩超新星——来自快速旋转的恒星,质量超过太阳30倍;在坍缩成黑洞前,它们会以极其壮观的方式自我爆炸。

        “对中子星合并的研究使我们相信,在一种非常特殊的恒星爆炸并诞生黑洞的过程中,可以制造出比中子星合并更多的黄金。”圭尔夫大学的物理学家Daniel Siegel说。

        2017年对中子星碰撞事件的观测,首次证明它们确实会产生重元素。根据GW170817案例中的收集到的电磁信号,科学家发现了重金属元素的痕迹,包括金、铂和铀。

        强大爆炸,如超新星或恒星合并,可以触发快中子俘获过程,或叫r-过程——一系列核反应,其中原子核与中子碰撞并合成比铁更重的元素。

        需要足够迅猛的反应,在更多的中子被打入原子核之前,没有机会发生放射性衰变。这意味着需要存在大量自由中子的环境,如爆发的恒星。

        在GW170817的记录中,中子星合并后,在迸发的物质盘中检测到了r-过程的产物。经过消化数据和缜密思考,Siegel和他的团队意识到,其他类型的宇宙天体大爆炸,也应该能制造出一样的效果。

        因此,借助超级计算机,他们模拟了超新星的物理特性。“我们看到的这些重元素有80%来自坍塌的恒星。”西格尔说。

        “在超新星爆发时,坍塌是相当罕见的,甚至比中子星合并更为罕见——但它们射入太空的物质量远远高于中子星合并。”

        此外,他们指出,模拟中这些元素的数量和分布与地球上的“惊人相似”。

        那么这是否意味着地球上占总质量0.3%的r-过程元素,并非前几年物理学所发现的,来自46亿年前的中子星碰撞?嗯,不一定。根据Siegel的模拟参数,这些元素中高达20%仍可能来自中子星和黑洞。

        该团队寄希望于詹姆斯韦伯太空望远镜(目前计划于2021年发射)。它的高灵敏仪器可以检测到遥远星系中的坍缩超新星的辐射,以及银河系中的元素丰度。

        “确定重元素的来源可能有助于我们了解星系的化学演化方式以及星系的形成过程。”Siegel说,“实际上可能有助于解决宇宙学中的一些重要问题,因为重元素是一个很好的线索。”

        该研究发表在Nature上。