坍缩星与黄金学术资讯 - 科技工作者之家

来源：中科院半导体所

今年是门捷列夫提出元素周期表的150周年，尽管科学家一直致力于研究这些元素，但关于宇宙中的重元素是如何形成的，依然有一些问题没有被完全解开。

科学家相信，宇宙中最轻的三种元素——氢、氦、锂——诞生于宇宙大爆炸后的不久，而一些更重的元素（比如碳、氧、铁）则是在恒星的中心创造出来的。但是，像铀和金这样的重元素的起源之谜，却仍然困扰着天文学家。

○ 太阳系中元素的起源。| 图片来源：[1]

在一篇刚发表于《自然》期刊的论文中，三名研究人员指出这些元素或许形成于坍缩星（快速旋转的大质量恒星在超新星的引发下坍缩）。研究人员预期，在坍缩星的周围会形成吸积盘，这个物质盘创造了产生新元素的必要条件。

之前的研究表明，要创造出元素周期表中的重元素，就需要一个富含中子的极端环境。这样就会出现所谓的“R-过程”（快中子捕获过程），在这个过程中，原子核会迅速地吸收中子，然后经历放射性衰变，从而产生新的元素。

天体物理学家从理论上推断，两颗中子星的合并或许能产生让R-过程发生所需的条件，从而产生一些最重的元素。2017年，当天文学家探测到两颗碰撞的中子星产生了引力波和光时，这一理论得到了强有力的支持。在这场合并事件中，出现了包括金、银、铂等重金属元素形成的迹象。

不过，用中子星来解释重元素的起源也有不足之处。这些已死亡的致密恒星需要很长时间才能合并。但是我们在一些形成于宇宙早期的古老恒星中已经发现过重元素的踪迹。目前我们还无法确定中子星合并的速度是否快到足以解释存在于早期恒星中的那些重元素。

然而，坍缩星却可以在恒星开始形成后不久就发生，这种现象可能是导致重元素大量产生的原因。与中子星合并相比，一个坍缩星或许可以产生30倍的R-过程物质，并且可以产生质量是地球质量的数百倍的黄金物质。研究人员发现，在宇宙中，80%的R-过程元素可能都是由坍缩星造成的，剩下的则是由中子星合并造成的。

新的研究为2016年的一项发现提供了新的线索。当时，天文学家Alexander Ji发表论文发现，在宇宙早期，一个名为网罟座II的矮星系经历了一场浩劫，在其恒星中留下了R-过程元素。科学家曾怀疑，网罟座II中的这些重元素，是否来自于一颗古老的因中子星合并而产生的天体？现在，我们又多了坍缩星这个选项。

目前，天文学家尚不清楚坍缩星出现得是否足够频繁，也不清楚它们所产生的物质量是否能恰好解释宇宙中的重元素丰度。这些问题都有待进一步地被检验。

那么，能更好地解释像网罟座II这样的星系的，到底是坍缩星还是中子星？天文学家正迫切地找寻这个问题的答案。未来，对由坍缩星所发生的超新星爆发的观察，也将有助于确定坍缩星所起到的作用。

参考来源：

[1]http://science.sciencemag.org/content/363/6426/474

[2]https://www.nature.com/articles/s41586-019-1136-0

[3]https://www.sciencenews.org/article/dying-stars-called-collapsars-may-forge-much-universe-gold

来源：bdtdsj 中科院半导体所

原文链接：http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzI1OTExNzkzNw==&mid=2650448649&idx=2&sn=be8ca8067274008ba730c53387549b7f&chksm=f273c517c5044c01e4b72fdb41064754034d3eec3859b7127883230ca256a613d9f5c8e2a3fa&scene=27#wechat_redirect

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