最新的研究，揭示了超新星創造元素之謎，該發現顛覆了一個理論

• 仙后座A是仙后座中的一顆超新星殘骸。

密西根州立大學的研究人員發現，宇宙中最重要的反應之一是超新星的爆炸。這個發現也揭示了地球上一些重元素是如何形成的。尤其值得一提的是，它顛覆了一種理論，該理論解釋了火星上釕和鉬等元素的同位素含量異常高的現象。

「這很令人驚訝，」盧克·羅伯茨說，他是密西根州立大學物理與天文學系稀有同位素束研究中心的助理教授。羅伯茨設計了用來模擬超新星內部環境的計算機代碼。他們花了很多時間來確保結果是正確的。

12月2日發表在《自然》雜誌上的研究結果顯示，超新星最深處形成碳原子的速度比之前認為的快10倍以上。這種碳的產生是通過一個叫做三重過程的反應發生的。「在很多方面，三重反應是最重要的反應。它定義了我們的存在，」羅伯茨的合作者亨德裡克·沙茨說。沙茨是大學物理系和天文系的傑出教授。

地球上所有東西的原子都是在恆星中形成的。對於地球上的生命來說，也許沒有什麼恆星物質比由三重阿爾法過程在宇宙中產生的碳更重要了。這個過程從阿爾法粒子開始，阿爾法粒子是氦原子的核心，也就是原子核。每個阿爾法粒子由兩個質子和兩個中子組成。

在三重阿爾法過程中，恆星將三個阿爾法粒子融合在一起，形成一個有6個質子和6個中子的新粒子。這是宇宙中最常見的碳形式。其他核過程也產生了其他同位素，但這些同位素只佔地球碳原子的1%多一點。

儘管如此，將三個阿爾法粒子融合在一起通常是一個效率低下的過程，除非有什麼東西可以幫助它。斯巴達團隊揭示，超新星最深處的區域可以有這樣的輔助物——過量的質子。因此，富含質子的超新星可以加速三重阿爾法反應。

但是加速三重阿爾法反應也抑制了超新星產生元素周期表上更重元素的能力，羅伯茨說。這一點很重要，因為科學家們長期以來一直認為，富含質子的超新星創造了地球上某些富含釕和鉬的同位素（數量驚人），這些同位素包含近100個質子和中子。

• 在「三重阿爾法」過程中，恆星將三個氦核聚合在一起，形成一個能量過剩的碳原子，稱為霍伊爾狀態。霍伊爾狀態可以分裂成三個阿爾法粒子，或者通過釋放一對伽馬射線到穩定碳的基態。然而，在超新星內部，穩定碳的生成可以在額外質子的幫助下得到加強。

「你不能在其他地方製造這些同位素，」羅伯茨說。但根據這項新的研究，你可能也不會在富含質子的超新星中製造它們。「我覺得有趣的是，你現在必須想出另一種方式來解釋它們的存在。他們不應該有這麼多的同位素，」沙茨說。「要想出替代方案並不容易。」

​此外，密蘇裡州立大學為新理論的萌芽提供了肥沃的土壤。這裡是美國培養下一代核物理學家的頂尖研究生項目的所在地。它也是吉林大學的一個核心機構，推動核物理和天體物理學的合作。金在密西根州立大學做博士後，之後加入了中國科學院。因此，儘管奧斯丁對這個結果與長期存在的元素創造理論相矛盾表示了一點失望，但他也知道這將推動新的科學和對宇宙的更好理解。