罕見超新星爆炸產生了宇宙中一半的鈣元素 包括構成我們牙齒的礦

2020-08-27 不討喜l

圖片來源：Aaron M. Geller/Northwestern University

宇宙中有一半的鈣——包括我們牙齒和骨骼中的鈣——是在恆星垂死時產生的。

這種被稱為「富含鈣的超新星」的恆星爆炸非常罕見，因此天體物理學家一直在努力尋找並研究它們。然而，這些超新星的性質和它們產生鈣的機制仍然難以捉摸。

現在，西北大學領導的一個研究小組可能揭開了這些罕見而神秘事件的真相。有史以來第一次，研究人員用x射線成像檢查了一顆富含鈣的超新星，這為這顆恆星生命的最後一個月和最終的爆炸提供了一個前所未有的機會。

新的發現表明，富含鈣的超新星是一顆緻密的恆星，在其生命的最後階段會釋放出一層氣體。當恆星爆炸時，它的物質與外層的鬆散物質碰撞，釋放出明亮的x射線。整個爆炸引起的高溫和高壓，推動化學反應產生鈣。

西北大學一年級研究生Wynn Jacobson-Galan領導了這項研究，他說:「發生這樣事件的數量少之又少，以至於我們從來都不知道是什麼產生了富含鈣的超新星。」「通過觀察這顆恆星在它到達關鍵而混亂的終點前的最後一個月所做的事情，我們看到了一個從前未被探索過的地方，為轉瞬即逝的科學現象開闢了新的研究途徑。」

西北大學的Raffaella Margutti是這項研究的資深作者，他說:「在這次事件之前，我們已經間接地知道了哪些超新星可能是或者不是富含鈣的。」「現在，我們可以自信地排除幾種可能性。」

這項研究將在8月5日的《天體物理學雜誌》上發表。來自15多個國家近70名合著者參與了這篇論文。

Margutti是西北大學溫伯格文理學院物理學和天文學的助理教授，也是CIERA(天體物理學跨學科探索和研究中心)的成員。Jacobson-Galan是NSF Margutti瞬變研究小組的研究生研究員。

「全球合作被點燃」

業餘天文學家喬爾·謝潑德(Joel Shepherd)在西雅圖觀星時首次發現了這一明亮的爆發，並將其命名為SN2019ehk。2019年4月28日，謝潑德用他的新望遠鏡觀測了梅西耶100 (M100)，這是一個距離地球5500萬光年的螺旋星系。第二天，一個桔黃色的小點出現在畫面上。謝潑德向一個社區天文調查報告了這一異常。

Jacobson-Galan說:「當全世界都知道M100中可能存在一顆超新星時，就引發了一場全球合作。」「每個國家都有一個傑出的望遠鏡來觀察這個物體。」

這包括美國的主要天文臺，如美國國家航空航天局的雨燕衛星，夏威夷的W.M.凱克天文臺和加利福尼亞的裡克天文臺。可以遠程訪問凱克的西北大學研究小組，是世界上啟動望遠鏡在光學波長上檢測SN2019ehk的眾多研究小組之一。加州大學聖巴巴拉分校的研究生Daichi Hiramatsu是第一個觸發雨燕在x射線和紫外線中研究SN2019ehk的人。Hiramatsu還是拉斯康布雷斯天文臺的科學家，該天文臺在利用其全球望遠鏡網絡監測這顆超新星的長期演化過程中發揮了關鍵作用。

全球範圍內的後續行動非常迅速，以至於超新星在爆炸10小時後就被觀測到。雨燕衛星探測到的x射線發射只停留了五天，然後就完全消失了。

「在瞬變的世界裡，我們必須在事物消失之前以非常快的速度發現它們。」 Margutti說，「最初，沒有人在尋找x射線。Daichi注意到了一些東西，並提醒我們注意到這個看起來像x光片的奇怪外觀。我們看著這些圖像，意識到有東西在那裡。它比任何人想像的都要明亮得多。之前沒有任何理論預測富鈣瞬變現象會在x射線波長下如此明亮。」

「鈣出乎意料的豐富」

雖然所有的鈣都來自恆星，但富含鈣的超新星的能量最大。典型的恆星一生中通過燃燒氦緩慢地產生少量的鈣。另一方面，富含鈣的超新星會在幾秒鐘內產生大量的鈣。

「爆炸正試圖冷卻下來，」Margutti解釋說。「它想釋放自己的能量，而釋放鈣是一種有效的方式。」

利用凱克，西北大學的研究小組發現，SN 2019ehk在一個奇異的天體物理事件中釋放出的鈣是迄今為止最多的。

「它不只是富含鈣，」Margutti說。「它是出乎意料的豐富。」

發現新線索

SN2019ehk短暫的光度也說明了它的性質。西北大學的研究人員認為，這顆恆星在最後的日子裡會釋放出一層氣體。當恆星爆炸時，它的物質與外層發生碰撞，產生明亮、高能的x射線。

「光度告訴我們恆星脫落了多少物質，以及這些物質離恆星有多近。」Jacobson-Galan說。「在這種情況下，恆星在爆炸前失去了極其少量的物質。那個物質還在附近。」

儘管哈勃太空望遠鏡在過去的25年裡一直在觀測M100，但這個強大的設備從未記錄下這顆導致SN2019ehk的恆星——它正在經歷最後的進化過程。研究人員使用哈勃望遠鏡拍攝的照片在爆炸發生前檢查了超新星的位置，並說這是另一個線索，以弄清這顆恆星的真實性質。

「它可能是一顆白矮星或非常低質量的恆星。」Jacobson-Galan說。「這兩種情況都會非常微小。」

「如果沒有這次爆炸，你不會知道那裡曾經有過什麼東西。」Margutti補充道。「就連哈勃也看不見。」

翻譯/前瞻經濟學人APP資訊組

相關焦點

  • 罕見超新星爆炸產生了宇宙中一半的鈣元素 包括構成我們牙齒的礦物質
    Geller/Northwestern University宇宙中有一半的鈣——包括我們牙齒和骨骼中的鈣——是在恆星垂死時產生的。這種被稱為「富含鈣的超新星」的恆星爆炸非常罕見，因此天體物理學家一直在努力尋找並研究它們。然而，這些超新星的性質和它們產生鈣的機制仍然難以捉摸。現在，西北大學領導的一個研究小組可能揭開了這些罕見而神秘事件的真相。
  • 你牙齒和骨骼的前身，多半是宇宙中一顆垂死的「高鈣超新星」
    而組成我們牙齒和骨骼的鈣元素，又來自於浩瀚宇宙中的何處？根據8月5日《天體物理學雜誌》（The Astrophysical Journal）上刊登的一篇論文，一顆富含鈣元素的超新星生命中的最後一個月以及最終的爆發過程遭到「圍觀」。科學家們估計，這類極其罕見的「高鈣超新星」爆發產生的鈣元素，佔到宇宙中鈣總量的一半。
  • 富鈣超新星首次有了X射線照片
    外層為恆星爆炸前逃逸出的氣體，中間層是爆炸中產生的富含鈣的物質，當物質與超新星衝擊波碰撞時產生明亮的X射線。圖片來源：物理學家組織網科技日報北京8月9日電 （記者劉霞）據物理學家組織網近日報導，一個國際科研團隊在最新一期的《天體物理學雜誌》撰文指出，他們首次用X射線對一顆富鈣超新星進行了研究，結果表明，宇宙中一半的鈣——包括我們牙齒和骨骼中的鈣，都由垂死恆星爆炸產生的。
  • 人體鈣元素從天而來?科學家找到證據,沒有超新星爆發就沒有我們
    根據宇宙大爆炸理論，所有基本粒子起源於宇宙大爆炸，同時宇宙在爆炸後的演化中還不斷地通過其它天文現象來產生新的基本粒子，例如兩年前全球許多地方的科學家觀測到了兩顆中子星的併合，並發現它們噴射大量金屬。根據報導，近期《天體物理學》期刊上出現了一篇與超新星有關的研究論文，該論文指出一顆名為SN 2019ehk的恆星在其發生超新星爆發前一個月就受到了許多國家科學家的密切關注。
  • 人體鈣元素從天而來？科學家找到證據，沒有超新星爆發就沒有我們
    地球上所有有機物和無機物都是由多種元素的原子、分子和離子通過特定方式組合在一起，那麼這些元素的單位粒子最早起源於哪裡呢？根據宇宙大爆炸理論，所有基本粒子起源於宇宙大爆炸，同時宇宙在爆炸後的演化中還不斷地通過其它天文現象來產生新的基本粒子，例如兩年前全球許多地方的科學家觀測到了兩顆中子星的併合，並發現它們噴射大量金屬。
  • 研究人員用X射線講究富含鈣的超新星
    對於鈣，大多數人會聯想到牛奶、牙齒和骨骼的東西。可能讓人驚訝的是，宇宙中的大部分鈣，包括我們身體內的鈣，都來自於恆星的死亡。科學家們一直在研究富含鈣的超新星，這是一種非常罕見的恆星爆炸，以至於天體物理學家們難以找到並研究它們。由於罕見，這種類型超新星的性質和產生鈣的機制一直是個謎。來自西北大學的研究團隊可能揭開了這些神秘事件的真面目。
  • 研究發現罕見超新星爆炸可能會產生黃金
    據外媒報導，像黃金、白金等有價值的重元素曾一度被認為是由大型宇宙碰撞--包括中子星或黑洞形成，現在一項新的研究顯示，人們手上佩戴的金戒指、用的電子產品裡的黃金可能真的來自一種罕見的超星星爆炸--在這場爆炸中還誕生了一個黑洞。
  • 宇宙中的元素是從哪兒來的，我們和超新星有什麼關係
    其中碳氫氧氮是構成人體的最主要元素，鈣、鈉、鉀、鎂、硫、磷、氯等7種是必需的定量元素，集中在元素周期表前20位，另有鐵、銅、鋅、錳、鈷、釩、鉻、鉬、硒、碘等十餘種是必需的微量元素；這麼多種元素，都是從哪兒來的？
  • 超新星爆炸比中子星合併產生更多黃金
    該校物理學教授Daniel Siegel說：「宇宙中大約80%的重元素可能是以膠原體的形式形成的。膠原體是一種罕見但富含重元素的超新星爆炸形式，它是由古老的大質量恆星的引力坍縮形成的，其質量通常是太陽的30倍。」
  • 人類身上的骨骼有可能是行星爆炸後的殘骸
    根據最新研究，我們宇宙中一半的鈣來自富含鈣元素的超新星，這有可能意味著構成人類所有有關於鈣成份的器官組織，例如牙齒和骨骼的組成，本質上是很久很久以前爆炸的死亡恆星的殘骸。美國西北大學的研究生Wynn Jacobson-Galan在一份聲明中當中表示，這次的事件數據是非常稀有的，以至於我們從來都不知道是什麼產生了富含鈣的超新星，Wynn Jacobson-Galan是這項新研究的主要作者，本周發表在《天體物理學雜誌》上。
  • 爆炸的恆星是沙子、玻璃的關鍵成分,也是構成我們的必要
    ，構成我們星球和我們身體的許多化學物質都是由恆星直接形成。Rho (SETI Institute)但是二氧化矽並不是AGB星塵的主要成分，而觀測結果並沒有明確這些恆星是否可能是宇宙中觀察到的二氧化矽塵的主要製造者。這項新研究報告了在仙后座A和G54.1+0.3這兩顆超新星殘骸中發現二氧化矽。超新星是一顆質量比太陽大得多的恆星，它耗盡了核心部分燃燒的燃料，導致自身坍縮。
  • 我們身體中的碳氧氮鈣……來自星塵?
    ○ 研究發現，生命所必須的六種元素遍布在銀河系，其中包括六種構成生命的關鍵元素：碳、氫、氮、氧、磷和硫，它們被稱為CHNOPS。人體質量的>97%都是由這些元素構成的。圖中不同顏色代表不同的元素，以及跟人體的關聯，比如肺中的氧到骨骼中的磷。光譜的凹陷的大小代表了元素在恆星大氣的總量。
  • 人類首次用X射線成像技術，研究了一個富含鈣的超新星，有何發現
    ，包括我們身體內的鈣，其實都是源自於恆星的死亡。所以科學家們一直致力於研究富含鈣的超新星，而這種超新星爆炸是非常罕見的，想要發現並研究它們，對於天體物理學家們來說，並不是一件簡單的事。所以當恆星爆炸時，物質與外殼中的鬆散物質就會發生碰撞，從而產生巨大的明亮X射線。
  • 在我們的宇宙中，黃金的真正起源可能又一次發生了變化
    以及因此，我們相信這也解釋了這些重元素（包括金元素）是如何在整個宇宙中傳播的。　　然而，新的研究提出了一個問題。根據新的星系化學演化模型，中子星碰撞產生的重元素豐度甚至都及在當今銀河系中觀測到的重元素豐度。
  • 在我們的宇宙中,黃金的真正起源可能又一次發生了變化
    以及因此，我們相信這也解釋了這些重元素（包括金元素）是如何在整個宇宙中傳播的。然而，新的研究提出了一個問題。根據新的星系化學演化模型，中子星碰撞產生的重元素豐度甚至都及在當今銀河系中觀測到的重元素豐度。「在宇宙初期，中子星合併並不會產生足夠的重元素。
  • 磷元素是生命存在的根本,尋找到宇宙中的磷便能找到外星人!
    第15號化學元素，符號P，處於元素周期表的第三周期、第ⅤA族。磷存在於人體所有細胞中，是維持骨骼和牙齒的必要物質，幾乎參與所有生理上的化學反應。磷還是使心臟有規律地跳動、維持腎臟正常機能和傳達神經刺激的重要物質，沒有磷時，煙酸（又稱為維生素B3）不能被吸收；磷的正常機能需要維生素D（維生素食品）和鈣（鈣食品）來維持。
  • 為什麼恆星爆炸會變成超新星?超新星對宇宙有什麼影響?
    為什麼恆星爆炸會變成超新星？超新星對宇宙有什麼影響？大家好我是你們的老朋友天空，為了展現科技的魅力，以後的每一天我都將為大家放送最幹的貨，希望你們會喜歡。什麼是超新星，簡單來說，一顆爆炸中的恆星，就被稱為超新星。
  • 研究顯示——地球上的金子是超新星爆炸的結果
    金子的產生，是超新星爆發還是中子星合併？在一項可能推翻我們對地球的重金元素如金和鉑的來源的理解的發現中，圭爾夫大學物理學家的一項新研究表明，其中大部分都是來自在空間和時間很遠的地方，以一種恆星爆炸的方式。
  • 250萬年前，地球附近發生超新星爆炸，宇宙外來元素覆蓋地球
    雖然人類只有短短幾百萬年的歷史，和地球的幾十億年歷史、宇宙的幾百億年歷史相比，可以說不值得一提。但是人類可以發揮智慧的力量去探索遠在人類之前的歷史，因為無論是地球上的古生物還是宇宙中的天體，都會在演化過程中留下蛛絲馬跡。