宇宙之“金”由誰創造?

2020-09-17分类:科技



《天體物理學報》當地時間9月15日報道,英國赫特福德大學(UOH)、澳大利亞莫納什大學(MU)和澳大利亞研究委員會(ARC)三維天文物理學卓越中心(ASTRO 3-D)等透過分析星系演化,發現中子星碰撞事件並不會產生與此前假設數量相當的化學元素,現有模型無法解釋宇宙中金元素的數量。
研究人員在這項工作中編制了一張新的元素週期表,展示了碳、鈾等自然元素的恆星起源。
宇宙中所有的氫元素都是在大爆炸中產生的,此外,大爆炸還產生了大量的氦和鋰。其餘自然元素在恆星內部的核反應中誕生,所有元素都會在恆星壽命終結時進入星系。
論文作者、ASTRO 3-D副教授Karakas解釋說:“恆星就像一個巨大的高壓鍋,創造出了各種新元素。產生元素的反應為恆星提供了閃耀數十億年的能量。隨著恆星年齡的增長,其內部的溫度逐漸升高,產生的元素也越來越重。”
在所有重於鐵的元素中,有半數(如釷和鈾)被認為是中子星碰撞時產生的。然而,Karakas及其團隊的最新成果顯示,中子星的作用可能被大大高估了,另一種恆星過程才是產生大部分重元素的源頭——特殊超新星在高速旋轉時塌陷併產生強磁場。
“在宇宙形成早期,中子星合併沒有產生足夠多的重元素,即便在140億年後也同樣如此。”Karakas說,“換句話說,它們碰撞頻次過低,產生的元素不夠多,不足以匹配現有元素數目。”
這項研究改進了過去關於恆星質量、年齡和排列對元素形成作用的研究。例如,研究人員證實,小於太陽質量8倍的恆星會產生碳、氮和氟,以及部分比鐵重的元素;質量超過太陽8倍的恆星,在生命結束時爆炸並轉化為超新星,產生碳、鐵、氧和鈣等元素。
Kobayashi說:“除了氫之外,其餘元素的產生都涉及兩個及以上恆星。例如,碳元素一半來自垂死的低質量恆星,另一半則來自超新星。半數鐵元素來自普通的大質量恆星超新星,其餘則來自Ia型超新星。”
研究人員表示,研究得到的新模型將極大改善當前廣為接受的宇宙演化模型。
論文作者、UOH副教授Kobayashi說:“與觀察結果相比,模型中的銀過多,而金不足。這意味著我們可能需要確定一種新的恆星爆炸或核反應,用以解釋這一現象。”
一般來說,受引力束縛的大質量恆星對,可以轉變為中子星。當它們相互碰撞時,就會產生金等重元素。然而,在新模型中,預測結果與觀測結果並不一致。Karakas說:“具有強大磁場的旋轉超新星,可能才是這些元素的真正來源。”
研究人員認為“失蹤金元素之謎”可能很快就會迎來答案,而核物理實驗或許將幫助研究人員解開這一謎團。
科界原創
編譯:雷鑫宇
審稿:西莫
責編:陳之涵

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