宇宙之“金”由誰創造？“失蹤金元素之謎”待解_風聞
Science_北京-不惧过往，不畏将来！2020-09-17 16:22
研究人員通過分析星系演化，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。
元素週期表。
《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）等通過分析星系演化，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解釋説：“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。隨着恆星年齡的增長，其內部的温度逐漸升高，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，中子星合並沒有產生足夠多的重元素，即便在140億年後也同樣如此。”Karakas説，“換句話説，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説：“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説：“與觀察結果相比，模型中的銀過多，而金不足。這意味着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。”
一般來説，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説：“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。編譯：雷鑫宇
審稿：西莫
責編：陳之涵
期刊來源：《天體物理學報》
期刊編號：0004-637X
原文鏈接：
https://phys.org/news/2020-09-elements-neutron-stars-contribute-gold.html
版權聲明：本文為原創編譯，中文內容僅供參考，一切內容以英文原版為準。轉載請註明來源。
轉載本公號內容請聯繫授權