宇宙诞生之初的恒星一定能够创造出比地球上或更广阔的宇宙中自然存在的任何元素都要重得多的元素。
这是密歇根大学 Ian Roederer 领导的天文学家团队在检查了银河系中的 42 颗恒星后得出的结论,这些恒星的化学丰度只能通过之前产生的原子质量大于 260 的元素来解释。
宇宙中的大多数元素——几乎所有比氢重的元素——实际上都是由恒星产生的。它们的第一种创建方式是融合。恒星的核心基本上是一个将原子混合在一起以产生更重元素的引擎。
该过程可以产生的最重元素是铁。将铁融合成更重的元素需要的能量远多于它产生的能量,因此在那时恒星会自毁
另一种方式与自我毁灭有关。在恒星死亡时的超新星爆炸和两颗中子星相互撞击的千新星爆炸中,条件正好适合快速中子俘获过程或r过程。
这时有太多松散的中子漂浮在周围,它们会聚集到可用的原子核上,形成更重的元素。它需要一个非常极端、充满活力的环境才能发生,比如超新星。
而且它发生得也非常快——因此名称中就有“快速”部分。这是那金、铂、钍和铀。但关于元素是如何创建的,我们还有很多不了解的地方。
“我们对 r 过程的工作原理有一个大致的了解,但该过程的条件相当极端,”王妃解释。
“我们不太清楚宇宙中有多少种不同的位置可以产生 r 过程,我们不知道 r 过程如何结束,我们也无法回答诸如有多少中子之类的问题你可以添加吗?
“或者,一个元素可以有多重?因此我们决定研究可以由以下材料制成的元素:在一些经过充分研究的老恒星中,看看我们是否可以开始回答其中一些问题。”
我们知道元素形成的另一种方式是通过核裂变。此时,原子不是融合在一起,而是分裂,结果是质量较小的元素。
Roederer 和他的团队观察到的银河系 42 颗恒星的化学成分已经得到充分研究和确定。
宇宙中第一批恒星主要由氢组成。它们在核心中创造了元素,然后死亡,在周围的空间中播下了被后代恒星吸收的元素。
众所周知,该团队研究的恒星含有超新星爆炸过程中 r 过程产生的元素。
但研究人员并不是在寻找 r 过程元素。他们正在寻找可能是裂变产物的元素,例如钌、铑、钯和银。而且,研究人员并没有像通常那样单独观察恒星,而是将它们作为一个整体进行研究。
他们发现了一种模式。如果团队研究的金属是由 r 工艺生产的,则预计会以一定的丰度比存在某些其他元素。这些比率不存在。研究小组得出结论,这表明相关元素是由裂变产生的。
这意味着这些金属来自的早期恒星一定产生了比原子质量 260 重得多的元素,这些元素随后分裂形成更轻、更稳定的元素。
我们从未在任何地方观察到这些元素自然存在。我们在实验室里见过它们,但它们的半衰期非常短,几乎立即就会衰变。
然而,研究表明,寻找它们潜在的裂变产物可以告诉我们它们在更广阔的宇宙中形成的可能性或普遍性。
“这 260 度很有趣,因为我们以前从未在太空或地球上自然地检测到任何如此重的东西,即使是在核武器试验中也是如此,”王妃说。
“但是在太空中看到它们为我们如何思考模型和裂变提供了指导,并且可以让我们深入了解元素的丰富多样性是如何形成的。”
该研究发表于科学。