宇宙中的金从何而来?
据卡塔尔半岛电视台网站5月5日报道,金等重元素的来源一直是天体物理学的最大谜团之一。现在,一项研究已提供了有关这种贵金属宇宙来源的一条线索。
科学家发现,被称为磁陀星的高度磁化中子星上的爆炸可能在宇宙中生成了金。
4月29日发表在《天体物理学杂志通讯》上的一篇研究报告称,对一些太空任务的档案数据的分析显示,包括金在内的大量重金属来自磁陀星的巨大耀斑。
位于纽约的哥伦比亚大学的物理系博士生阿尼鲁德·帕特尔领导了这项研究。该研究使用了美国国家航空航天局和欧洲航天局的20年望远镜档案数据,以研究铁和金等重元素是如何生成并分布于宇宙中的。
美国国家航空航天局网站上的一篇文章援引帕特尔的话说:“宇宙中复杂物质的来源是一个非常基本的问题。这是一个尚未解开的有趣谜题。”
研究报告的作者估计,磁陀星的巨大耀斑可能贡献了银河系中重于铁的各种元素的总体丰度的10%。
磁陀星是一种高度磁化的中子星,意味着其磁场极其强大。一颗大质量恒星爆炸后,会留下一个非常致密的坍缩的核心,即中子星。
研究报告作者之一、位于巴吞鲁日的路易斯安那州立大学的助理教授兼天体物理学家埃里克·伯恩斯说,天文学家推论,第一批磁陀星大约136亿年前形成于第一批恒星后。大爆炸138亿年前创造了宇宙。
在罕见情况下,磁体会通过“星震”来释放高能辐射。像地震一样,星震也会使磁陀星的外壳断裂。有时,磁陀星的星震会带来磁陀星巨大耀斑,一种罕见的释放伽马射线的爆炸事件。
研究发现,磁陀星在巨大耀斑期间释放物质。不过,目前还无法从物理学方面予以解释。
研究人员猜测,金可能是在磁陀星巨大耀斑通过中子使较轻原子核转化为较重原子核这一快速过程中形成的。一种元素的身份是由它所拥有的质子的数量来定义的。然而,如果一个原子获得一个额外中子,它就会发生核衰变,把一个中子变成质子。
质子数量发生变化会改变这种元素的身份。中子星的中子密度极高。如果一颗中子星受到扰乱,单原子就能迅速捕获若干中子并经历多重衰变。这导致了铀等重得多的元素的形成。
在这项研究前,金的生成仅被归因于中子星碰撞,即千新星现象。天文学家2017年通过望远镜观测到一起中子星碰撞事件,发现碰撞可能生成金、铂和铅等重元素。不过,这些碰撞据信是在宇宙历史相对较晚时期发生的,即在最近数十亿年间。
然而,望远镜档案数据显示,磁陀星巨大耀斑形成的时间要早得多。因此,这项研究表明,第一个金原子可能是由磁陀星巨大耀斑形成的。
美国国家航空航天局即将开展的一项任务能够跟进这些结果。康普顿光谱仪和成像仪是一台预计于2027年发射的伽马射线望远镜。
康普顿光谱仪和成像仪将研究银河系及更远地区的高能现象,如磁陀星巨大耀斑。美国国家航空航天局网站称,康普顿光谱仪和成像仪能够识别巨大耀斑中产生的具体元素,帮助人们更好了解各种元素的来源。(编译/裘芳)