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翻譯：申振宇
校對：楊宜修 劉海牧
審閱：李宜驊
美編：徐玖坤
后臺：胡永葳
一項新的研究顯示，宇宙中的死亡恒星可能比之前認(rèn)為的更早開始產(chǎn)生巨量黃金，而強大的磁星耀斑可能是其重要原因。
一顆磁星爆發(fā)出的巨大能量，可能會鍛造出重金屬元素。
圖源：NASA/JPL-Caltech
科學(xué)家們可能最終找到了早期宇宙中黃金的來源。
《天體物理學(xué)雜志通訊》周二（4月29日）的一篇論文中描述了研究人員們的發(fā)現(xiàn)。這項新的研究揭示了具有巨大磁場和強大耀斑的中子星（也被稱為“磁星”）可能在宇宙大爆炸后不久就開始“鍛造”黃金，而這比之前科學(xué)家們普遍認(rèn)為的時間點要早得多。
長期以來，科學(xué)家們一直對宇宙中存在著大量黃金感到困惑。研究人員已經(jīng)知道，坍縮的恒星和黑洞的碰撞融合會釋放出重金屬元素。在2017年，天文學(xué)家首次觀察到兩顆超高密度恒星遺跡中子星的碰撞融合。這次災(zāi)難性的碰撞發(fā)生在1.3億光年之外，它發(fā)出的閃光光譜中含有重金屬元素的特征，其中就包括鉑和數(shù)量驚人的黃金。
盡管2017年的事件解釋了宇宙中黃金的豐度，但它無法解釋宇宙早期黃金和重金屬元素是如何形成的，因為宇宙早期并沒有足夠的時間讓中子星發(fā)生合并。
現(xiàn)在，科學(xué)家們終于認(rèn)為他們可以解釋黃金和其他重金屬元素最初是如何在太空中產(chǎn)生和分布的了。
該研究的合著者、路易斯安那州立大學(xué)物理學(xué)和天文學(xué)副教授埃里克·伯恩斯在美國宇航局的一份聲明中說：“這項研究回答了一個世紀(jì)難題?！?/p>
產(chǎn)生于極端大爆炸
磁星在宇宙早期就存在了，根據(jù)研究作者估計，這些磁星可能貢獻(xiàn)了銀河系中所有比鐵重元素的含量的10%以上。
研究人員利用美國宇航局和歐洲航天局望遠(yuǎn)鏡20年來的數(shù)據(jù)，找到了宇宙中隱藏的黃金和重金屬元素來源。根據(jù)2024年的一項研究結(jié)果，他們將研究范圍聚焦到磁星，該研究發(fā)現(xiàn)磁星會在“星震”期間釋放大量的輻射，形成巨大的耀斑，這些耀斑可以將包括重金屬在內(nèi)的物質(zhì)從中子星的表層噴射到太空中。
伯恩斯說，上一次從地球觀測到的巨大磁星耀斑是在2004年。當(dāng)時，科學(xué)家們注意到從耀斑中發(fā)出了一個微弱的伽馬射線信號，但沒有人知道它是什么。
事實證明，這個微弱信號正是科學(xué)家們所期望的信號，即一顆磁星在一次巨大的耀斑中產(chǎn)生并拋出了重金屬的信號。
據(jù)研究人員稱，磁星巨大的耀斑產(chǎn)生大量的高能輻射，這可能是鍛造金和其他比鐵重的元素的關(guān)鍵。具體來說，這項新研究的作者認(rèn)為，巨大耀斑中極高密度的中子可以將輕原子核轉(zhuǎn)變?yōu)橹?a class="keyword-search" >原子核，從而在一個原子中同時引發(fā)多個核衰變反應(yīng)。
原子攜帶質(zhì)子和中子，它們分別決定元素的特性和質(zhì)量。氫是元素周期表上最簡單的原子，因為它只有一個質(zhì)子。第二簡單的元素氦有兩個質(zhì)子；鋰有3個，以此類推。
在一定條件下，原子可以吸收一個額外的中子，這增加了原子的質(zhì)量，使原子不穩(wěn)定，并引發(fā)核衰變反應(yīng)，促使中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子。當(dāng)這種情況發(fā)生時，吸收中子的原子就多了一個質(zhì)子，這就改變了它的特性，使它在元素周期表中向上移動。氫變成氦，氦變成鋰，以此類推。
根據(jù)研究人員的說法，磁星的巨大耀斑給這一過程帶來類似于渦輪增壓的加速效果，因為中子的巨大密度可以使得原子同時吸收幾個中子。因此，一個相對較輕的原子可能會突然轉(zhuǎn)變成一個重得多的原子，促使包括黃金在內(nèi)的重金屬快速形成。
“想到我手機(jī)或筆記本電腦里的一些成分是在銀河系歷史中的某次極端大爆炸中形成的，這感覺太酷了。”該研究的主要作者、紐約哥倫比亞大學(xué)天體物理學(xué)博士生阿尼魯?shù)隆づ撂貭栐诼暶髦姓f。
研究人員的下一步計劃是在更老的磁星耀斑數(shù)據(jù)中尋找進(jìn)一步的線索。這將借助于美國宇航局的康普頓光譜儀和成像儀（COSI）任務(wù)開展跟進(jìn)。該任務(wù)預(yù)計于2027年發(fā)射，它所用設(shè)備是一種寬視場伽馬射線望遠(yuǎn)鏡，將主要對宇宙中如磁星耀斑等高能現(xiàn)象開展研究。
https://www.livescience.com/space/astronomy/its-answering-one-of-the-questions-of-the-century-scientists-may-finally-know-where-the-oldest-gold-in-the-universe-came-from
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中子星與黑洞
圖源：網(wǎng)絡(luò)
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