你無名指上的金戒指，不僅僅是讚美的方式，圭爾夫大學物理學家的一項新研究表明，大部分重元素都是由一種幾乎被忽視的恆星爆炸噴發出來——即超新星爆炸，這種爆炸發生在遠離地球的時空中，這一發現可能會推翻我們對黃金和鉑金等地球重元素來源的理解。物理學教授丹尼爾·西格爾說：宇宙中大約80%的重元素可能是在恆星坍縮中形成。
坍縮是一種罕見但富含重元素的超新星爆發形式，由古老的大質量恆星引力坍縮引起，其質量通常是太陽的30倍以上。這一發現推翻了人們普遍認為這些元素主要來自中子星之間或中子星與黑洞之間的碰撞觀點，其研究發表在《自然》上。利用超級計算機，模擬了坍縮的動力學，也就是舊恆星引力導致它們內爆並形成黑洞。在模型中，巨大、快速旋轉的坍縮會噴射出重元素。
這些重元素的數量和分布「與在太陽系中觀察到的情況驚人地相似」，自然界中發現的大多數元素都是在恆星的核反應中產生，並最終在巨大的恆星爆炸中被驅逐出去。在地球和宇宙其他地方發現的重元素，從很久以前的爆炸，從黃金和鉑，到用於核反應堆的鈾和鈽，再到更奇特的化學元素，如電子產品等消費品中發現的釹。直到現在，科學家們還認為這些元素主要是在涉及中子星或黑洞的恆星碰撞中形成。
研究團隊在模擬指出坍縮是一個重元素誕生室之前，就開始研究這種合併的物理學。對中子星合併的研究使我們相信，在一種非常不同的恆星爆炸中誕生的黑洞，可能比中子星合併產生更多的黃金。雖然坍塌的頻率較低，但它們在產生重元素方面是可以彌補的，也會產生強烈的伽馬射線閃光。宇宙的這些重元素中，有80%應該來自塌陷，坍縮在超新星中是相當罕見的，甚至比中子星合併還要罕見。
但是它們射入太空的物質量比中子星合併要高得多，該團隊現在希望通過觀察來驗證其理論模型，諸如定於2021年發射的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡上的紅外儀器，應該能夠探測到指向遙遠星系坍陷中重元素的輻射。這將是一個明顯的信號，天文學家還可能通過觀察銀河系其他恆星中重元素的數量和分布來發現坍縮的證據，這項研究可能為我們了解銀河系的起源提供線索。試圖確定重元素的來源可能有助於我們了解星系是如何在化學上組裝的，以及星系是如何形成的。
這實際上可能有助於解決宇宙學中的一些重大問題，因為重元素是很好的示蹤劑。今年是德米特裡·門捷列夫創建化學元素周期表150周年。從那時起，科學家們在周期表上添加了更多的元素，周期表是世界各地科學教科書和課堂的主要內容。談到這位俄羅斯化學家，我們現在知道的元素比他不知道的多得多，令人著迷和驚訝的是，在研究了自然界的基本組成部分150年後，我們仍然不太明白宇宙是如何在元素周期表中創造出這麼大一部分元素。
博科園｜研究/來自：圭爾夫大學參考期刊《自然》DOI: 10.1038/s41586-019-1136-0博科園｜科學、科技、科研、科普