华体会体育| 新研究:黄金到底从何而来?

 定制案例     |      2022-01-31 00:28
本文摘要:1957年,一篇长达108页的论文问世。论文详细探讨了元素是如何在恒星生命周期的差别阶段形成的,解释了氢转化为氦的核合成历程,并扩展到了碳、氧、硅、硫、氩、钙直到铁等重元素的生成。它告诉我们,我们生活的这个世界中的许多元素都降生于恒星中。 正如卡尔·萨根所说,“宇宙就在我们的身体中,我们都是星尘”。这篇题为《恒星中的元素合成》的论文成了化学元素的宇宙起源的奠基性研究,人们常以四位论文作者(伯比奇匹俦、福勒与霍伊尔)的姓氏开头字母将它简称为B²FH。

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1957年,一篇长达108页的论文问世。论文详细探讨了元素是如何在恒星生命周期的差别阶段形成的,解释了氢转化为氦的核合成历程,并扩展到了碳、氧、硅、硫、氩、钙直到铁等重元素的生成。它告诉我们,我们生活的这个世界中的许多元素都降生于恒星中。

正如卡尔·萨根所说,“宇宙就在我们的身体中,我们都是星尘”。这篇题为《恒星中的元素合成》的论文成了化学元素的宇宙起源的奠基性研究,人们常以四位论文作者(伯比奇匹俦、福勒与霍伊尔)的姓氏开头字母将它简称为B²FH。

这四位科学家还证明晰,超新星发作时的快中子捕捉历程缔造了比铁更重的元素,从而将恒星的组成进一步扩展到金、铂和铀等元素。这篇开创性的论文经常被称为B²FH,图中显示了在恒星中的元素合成的核历程。

| 图片泉源:E. M. Burbidge et al. / Reviews of Modern Physics Vol. 29, No. 4, P. 547 (1957) / American Physical Society简朴来说,宇宙中所有氢元素都是从宇宙大爆炸中发生的。大爆炸同样制造了氦和少量锂。这些就是恒星制作“元素摒挡”的“原质料”。

恒星可以被想象成一个庞大的“高压锅”,新的元素在其中不停生成。缔造这些元素的反映也提供了能量,使恒星能在数十亿年内发光发烧。

随着恒星年事的增长,它们的内部温度不停升高,随之发生越来越重的元素。(更多有关元素的宇宙起源先容,详见《来自________的你》以及《1、2、3……118》。

)质量决议了哪些元素会被铸造出来,在每颗恒星生命的最后时刻,这些元素会被释放到星系中。好比,如果是质量很是大的恒星,元素可能会被爆炸性地释出,如果是和太阳质量差不多的恒星,这些元素则会麋集地流出,类似太阳风那样。

这张元素周期表展现了元素的宇宙起源,差别色块的面积代表差别起源所占的比例。| 图片设计:雯雯子;参考素材:NASA随着人们对元素的宇宙起源的认识,一张多彩的元素周期表逐步完善。但近期的一项新研究似乎有意改写这份效果。

在一项揭晓于《天体物理学期刊》的研究对宇宙演化模型提出了新挑战。新研究还生成了一张看起来纷歧样的“新版本”元素周期表,更详细展示了从碳到铀等自然形成的元素的恒星起源。新的研究首次凭据第一性原理盘算出了从碳到铀的所有自然元素的恒星起源。

研究人员使用到了理论上的核合成产量以及所有化学富集泉源的事件概率,并在先前研究的基础上革新,更详细地盘算了恒星质量、年事和排列在元素形成中的相对作用。这张元素周期表展现了元素的宇宙起源随时间的变化情况。在每个元素的小格中,横轴代表时间(从大爆炸到现在的138亿年),纵轴代表相对太阳的品貌。| 图片泉源:C. Kobayashi (2020)研究的第一作者小林千晶(Chiaki Kobayashi)先容,险些没有任何一种元素仅仅是通过一种恒星形成的。

好比,一部门碳元素是由弥留的小质量恒星生成的,而另一部门则来自超新星。对铁来说,一部门来自大质量恒星形成的普通超新星,但另有一部门则需要另一种宇宙历程,被称为Ia型超新星,它是在低质量恒星的双星系统中发生的。

此外,在宇宙中,受到引力束缚的一对大质量恒星可以转酿成中子星,中子星是恒星燃烧殆尽后留下的超高密度残骸。当这些中子星发生并适时,碰撞会发生自然界中最重的那些元素,好比我们熟悉的金。恒久以来,理论认为,在比铁元素更重的元素中,有半数是在中子星碰撞并适时形成的。

直到2017年人们首次观察到了中子星并合事件,理论才获得证实。但新的模型显示,这些泉源相加后的效果却“对不上”。尤其是,研究人员发现,中子星的作用可能被大大高估了。纵然是对中子星并合频率最乐观的预计,似乎也没有足够多的碰撞来解释这些元素在今天宇宙中的品貌。

最有代表性的效果之一就是,模型盘算得出的金元素的品貌远低于观察的数据。此外,其他一些元素的模拟效果也与实际观察发生了收支,好比,与观察效果相比模型中的银“产量”过高。

这些效果都可能改变现在公认的宇宙演化模型,尤其是我们对重元素生成的认识。研究人员认为,重元素的生成或许需要一种截然差别的恒星现象,我们或许需要确认一种新的恒星发作或者核反映。研究作者在采访中提到,一些重元素的主要泉源很可能是一种极不寻常的超新星,它在坍缩的同时旋转得很是快,而且会发生强磁场。他们同时表现,未来的研究也可能会发现,中子星并合比我们现在认为的更为频繁。

但这都需要进一步的探索以及更多数据支持。到场研究的Maria Lugaro博士也相信,“宇宙黄金失踪”的谜团可能在不久的未来就能被解开。

因为现在全世界许多核研究机构都在研究与中子星并合有关的稀有原子核。这些原子核的性质尚不清楚,但它们在很大水平上控制着重元素品貌的发生。“黄金失踪”的天体物理问题,或许可以通过核物理实验来解决。参考泉源:https://www.eurekalert.org/pub_releases/2020-09/acoe-eos091320.phphttps://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/abae65封面泉源:NSF/LIGO/Sonoma State University/A. Simonnet。


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