你无名指上的金戒指，不仅仅是赞美的方式，圭尔夫大学物理学家的一项新研究表明，大部分重元素都是由一种几乎被忽视的恒星爆炸喷发出来——即超新星爆炸，这种爆炸发生在远离地球的时空中，这一发现可能会推翻我们对黄金和铂金等地球重元素来源的理解。物理学教授丹尼尔·西格尔说：宇宙中大约80%的重元素可能是在恒星坍缩中形成。
坍缩是一种罕见但富含重元素的超新星爆发形式，由古老的大质量恒星引力坍缩引起，其质量通常是太阳的30倍以上。这一发现推翻了人们普遍认为这些元素主要来自中子星之间或中子星与黑洞之间的碰撞观点，其研究发表在《自然》上。利用超级计算机，模拟了坍缩的动力学，也就是旧恒星引力导致它们内爆并形成黑洞。在模型中，巨大、快速旋转的坍缩会喷射出重元素。
这些重元素的数量和分布“与在太阳系中观察到的情况惊人地相似”，自然界中发现的大多数元素都是在恒星的核反应中产生，并最终在巨大的恒星爆炸中被驱逐出去。在地球和宇宙其他地方发现的重元素，从很久以前的爆炸，从黄金和铂，到用于核反应堆的铀和钚，再到更奇特的化学元素，如电子产品等消费品中发现的钕。直到现在，科学家们还认为这些元素主要是在涉及中子星或黑洞的恒星碰撞中形成。
研究团队在模拟指出坍缩是一个重元素诞生室之前，就开始研究这种合并的物理学。对中子星合并的研究使我们相信，在一种非常不同的恒星爆炸中诞生的黑洞，可能比中子星合并产生更多的黄金。虽然坍塌的频率较低，但它们在产生重元素方面是可以弥补的，也会产生强烈的伽马射线闪光。宇宙的这些重元素中，有80%应该来自塌陷，坍缩在超新星中是相当罕见的，甚至比中子星合并还要罕见。
但是它们射入太空的物质量比中子星合并要高得多，该团队现在希望通过观察来验证其理论模型，诸如定于2021年发射的詹姆斯·韦伯太空望远镜上的红外仪器，应该能够探测到指向遥远星系坍陷中重元素的辐射。这将是一个明显的信号，天文学家还可能通过观察银河系其他恒星中重元素的数量和分布来发现坍缩的证据，这项研究可能为我们了解银河系的起源提供线索。试图确定重元素的来源可能有助于我们了解星系是如何在化学上组装的，以及星系是如何形成的。
这实际上可能有助于解决宇宙学中的一些重大问题，因为重元素是很好的示踪剂。今年是德米特里·门捷列夫创建化学元素周期表150周年。从那时起，科学家们在周期表上添加了更多的元素，周期表是世界各地科学教科书和课堂的主要内容。谈到这位俄罗斯化学家，我们现在知道的元素比他不知道的多得多，令人着迷和惊讶的是，在研究了自然界的基本组成部分150年后，我们仍然不太明白宇宙是如何在元素周期表中创造出这么大一部分元素。
博科园｜研究/来自：圭尔夫大学
参考期刊《自然》
DOI: 10.1038/s41586-019-1136-0
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