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在我們的宇宙中,黃金的真實起源可能會再次改變



北京時間9月18日消息,據國外媒體報導,當人類終於在2017年檢測到兩個中子星之間的碰撞時,我們終於證實了一個一直堅持的理論,即形成比鐵重的元素這些巨大爆炸的活力之火。 因此,我們相信這也可以解釋這些重元素(包括金)如何在整個宇宙中擴散。 然而,這項新研究提出了一個問題。 根據新的星系化學演化模型,由中子星碰撞產生的重元素的豐度甚至與今天在銀河系中觀察到的一樣高。

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“在宇宙初期,中子星合併並沒有產生足夠的重元素。 而且,在140億年後,它們仍然不會。”莫納什大學(Monash University)天體物理學家Amanda Caracas說。 “宇宙創造了這些沉重的元素。 元素的速度還不夠快,不足以解釋古代恆星中重元素的存在,而且一般而言,沒有足夠的碰撞來解釋當前宇宙中大量重元素的存在。”

恆星是產生宇宙中大多數元素的大熔爐。 在早期的宇宙中,將最初的夸克湯冷卻至足以積聚物質之後,就形成了氫和氦-這兩個元素仍然是宇宙中最豐富的元素。

當這些物質在重力作用下聚集在一起時,就形成了第一批恆星。 恆星的核心是核聚變爐。 它們將氫聚集到氦中。 它們將氦聚集成碳; 等等,在較輕的元素用盡之後,它們繼續將較重的元素與較重的元素聚集在一起,直到它們聚集為鐵。 鐵本身也可以聚合,但是此過程消耗的能量過多,超出了聚合本身可能產生的能量。 因此,鐵芯才是終點。

加拉加斯說:“我們可以把星星想像成一個產生新元素的巨型壓力鍋。 產生這些元素的反應還為恆星發光和加熱數十億年提供能量。 隨著恆星老化,其內部溫度將逐漸升高,產生越來越重的元素。”

如果要生產比鐵重的元素(例如金,銀,or和鈾),則需要依靠快速中子捕獲過程,也稱為R過程。 R過程可能發生在真正的高能爆炸中,這將產生一系列核反應,其中原子核與中子碰撞以合成比鐵重的元素。

但是問題在於,這個過程必須非常快,如此之快,以至於在原子核捕獲更多中子之前就不可能發生放射性衰變。

我們已經知道,由中子星碰撞引起的千新星爆炸是足以產生R過程的高能環境。 這沒有爭議。 但是,為了產生我們觀察到的多個元素,我們需要找到中子星碰撞的最小頻率。

為了找出這些元素的來源,研究人員利用銀河系中最新的天體物理學觀測結果和化學豐度,為從碳到鈾的所有穩定元素(包括理論核合成產率和事件)建立了星系化學演化模型。 。

週期表顯示了建模元素的來源

週期表顯示了建模元素的來源

他們使用周期表列出了他們的工作,其中顯示了所有建模元素的來源。 而且,他們在研究結果中發現,從宇宙開始到現在,中子星的吞併頻率是不足的。 相反,他們認​​為可能的解釋可能是另一個超新星。

這些超新星稱為磁性旋轉超新星,它們是在具有強磁場的大型快速旋轉恆星的核心坍塌時產生的。 這些超新星爆炸也被認為具有足夠的能量來產生R過程。 如果質量在25至50個太陽之間的恆星,即使只有一小部分超新星爆炸是磁旋轉超新星爆炸,其結果也可以彌補這一差異。

加拉加斯說:“即使對中子星吞併頻率的最樂觀估計也不能解釋宇宙中這些元素的豐度。” “這真令人驚訝。因為它看起來像是一個快速旋轉的強磁場磁場。超新星是其中大多數元素的真正來源。”

先前的研究還發現,稱為“坍縮恆星超新星”的超新星也可以產生重元素,也就是說,質量超過30個太陽的快速旋轉恆星在坍塌成黑洞之前就成為超新星。 人們普遍認為,這種超新星爆炸比中子星碰撞少見,但它們也可能是重元素產生的一個因素,而且也與研究小組的其他發現非常一致。

研究小組發現,質量小於8個太陽的恆星產生的碳,氮,氟以及幾乎所有元素中的一半重於鐵。 質量超過8個太陽的恆星將產生生命所需的大部分氧氣和碳,以及碳和鐵之間的大多數剩餘元素。

英國赫特福德郡大學的天體物理學家Chiaki Kobayashi解釋說:“除了氫之外,只有一種恆星不能產生任何元素。” “一半的碳來自垂死的低質量恆星,另一半碳來自超新星。鐵的一半來自大質量恆星的正常超新星爆炸,另一半來自超新星Ia。超新星Ia是由低質量恆星的雙星系統產生的。”

地球上約0.3%的金和鉑可追溯到約46億年前的中子星碰撞。 但是新發現並不一定意味著這些黃金和鉑的起源歷史將被重寫。

而且我們僅檢測到重力波已有五年了。 隨著我們設備和技術的改進,我們可能會發現比現在更多的中子星碰撞事件。

另一個奇怪的結果是,研究人員的模型生產的銀比實際觀察到的多,而金礦卻比實際觀察到的少。 這表明該模型仍然需要調整和改進。 這可能是一個計算問題,也可能是我們對恆星核合成的理解不夠全面。 (雲林)