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原作：Victoria Corless

翻譯：鐘藝

校譯：呂梓欣

編排：王璞

后臺(tái)：朱宸宇

原文鏈接：https://www.space.com/astronomy/stars/where-does-the-universes-gold-come-from-giant-flares-from-extreme-magnetic-stars-offer-a-clue

一顆高度磁化的中子星的外殼發(fā)生破裂（如該藝術(shù)想象圖所示）可能會(huì)引發(fā)高能爆發(fā)。

圖片來源：NASA戈達(dá)德太空飛行中心/斯蒂芬·威斯辛格（S. Wiessinger）

科學(xué)家們終于找到了有關(guān)宇宙如何合成最重的那些元素的直接證據(jù)，而這一過程在這半個(gè)多世紀(jì)以來一直是個(gè)未解之謎。

紐約市法爾廷里研究所的一支研究團(tuán)隊(duì)經(jīng)過計(jì)算得出，磁星（一種被稱為中子星的具有極高磁場(chǎng)的坍縮星）所釋放的巨大耀斑，可能是人們一直尋找的、能生成宇宙中重元素的“宇宙熔爐”。僅一個(gè)這樣的巨大耀斑就能產(chǎn)生相當(dāng)于一顆行星數(shù)量的黃金、鉑金和鈾。

哥倫比亞大學(xué)的博士生，同時(shí)也是這項(xiàng)研究的主要作者阿尼魯?shù)隆づ撂貭枺ˋnirudh Patel）在一份聲明中表示：“我們身邊的一些重元素，比如我們手機(jī)和電腦里的貴金屬，都是在這些極端的環(huán)境中產(chǎn)生的，簡(jiǎn)直令人難以置信。‘磁星’的巨大耀斑或許能解釋為何在年輕星系中觀測(cè)到的重元素?cái)?shù)量，會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過僅由中子星碰撞所能產(chǎn)生的數(shù)量。”

較輕的元素如氫、氦和鋰等是在宇宙大爆炸中形成的，而較重的元素則是通過恒星核心內(nèi)的核聚變過程在恒星的生命周期中形成的——或者是在它們劇烈爆炸后的殘骸中形成的。但比鐵更重且中子含量豐富的元素的形成過程一直是一個(gè)未解之謎。

這些元素被認(rèn)為是由一系列被稱為“快速中子俘獲過程”（即r 過程）的核反應(yīng)所形成的。長(zhǎng)期以來，人們一直認(rèn)為這種過程僅會(huì)在極端條件下（如超新星爆發(fā)或中子星合并時(shí)）發(fā)生。2017 年，天文學(xué)家首次通過觀測(cè)到的兩個(gè)中子星合并事件確認(rèn)了這一過程的存在。

然而，這類碰撞發(fā)生的頻率極低，而宇宙中的重元素又十分豐富，不可能僅靠這類碰撞產(chǎn)生。況且中子星合并發(fā)生在宇宙歷史的較晚階段，無法解釋最早期的金元素及其他重元素的形成。而極端中子星耀斑則要古老得多，它們同樣能夠形成這些元素。“這些巨大耀斑的有趣之處在于，它們可以在星系歷史的遠(yuǎn)古時(shí)代就發(fā)生，”帕特爾補(bǔ)充道。

為了研究這些過程，紐約市的科學(xué)家們將目光投向了磁星，其磁場(chǎng)強(qiáng)度比地球磁場(chǎng)強(qiáng)數(shù)萬億倍。這些恒星偶爾會(huì)爆發(fā)“耀斑”，這是由磁場(chǎng)能量突然釋放而產(chǎn)生的能量爆發(fā)，通常是由其磁場(chǎng)的重新排列或衰減所引發(fā)的。

該團(tuán)隊(duì)計(jì)算得出，磁星的巨大耀斑能夠創(chuàng)造形成 r 過程元素的適宜條件，從而產(chǎn)生極不穩(wěn)定的放射性原子核，這些原子核衰變后會(huì)形成諸如金之類的穩(wěn)定重元素。

令人興奮的是，紐約市的研究團(tuán)隊(duì)能夠?qū)⑺麄兊挠?jì)算結(jié)果與 2004 年對(duì)磁星 SGR 1806 - 20 發(fā)出的一道明亮閃光的神秘觀測(cè)聯(lián)系起來。起初，這一事件似乎并無特別之處——直到研究人員意識(shí)到這次耀斑的總能量大約是普通爆發(fā)的 1000 倍。

“這一事件多年來幾乎被人遺忘了，”紐約大學(xué)計(jì)算物理學(xué)中心兼哥倫比亞大學(xué)教授布萊恩·梅茨格（Brian Metzger）說道，“但我們很快意識(shí)到，我們的模型和它非常匹配。”

帕特爾在一份美國(guó)國(guó)家航空航天局的聲明中說道：“接下來的一兩周里，我腦子里想的全都是這件事，別的什么都沒了。”

通過將對(duì) SGR 1806-20 在 2004 年爆發(fā)的觀測(cè)結(jié)果與他們的模型相結(jié)合，梅茨格、帕特爾及其同事估計(jì)，該事件很可能產(chǎn)生了約 2000 萬億億（你沒看錯(cuò)，就是這么大的數(shù)字）千克的重元素——大約相當(dāng)于火星的質(zhì)量或者 27 個(gè)月球的總質(zhì)量！即便如此，這種耀斑僅僅能夠解釋我們銀河系中10%的重元素來源，其余 90%的重元素的起源仍不清楚。

梅茨格說：“我們不能排除存在其他耀斑的可能，只是我們目前尚未發(fā)現(xiàn)而已。”

為了進(jìn)一步驗(yàn)證他們的發(fā)現(xiàn)，該團(tuán)隊(duì)計(jì)劃利用美國(guó)NASA的康普頓光譜儀和成像任務(wù)來尋找更多的磁星爆發(fā)現(xiàn)象。這一任務(wù)預(yù)計(jì)將于 2027 年發(fā)射，有望揭示更多有關(guān)宇宙中金元素及其他重元素起源的秘密。

“就宇宙復(fù)雜物質(zhì)的起源而言，重元素的起源是一個(gè)相當(dāng)基本的問題。”帕特爾說道， “這是一個(gè)有趣但尚未得到解決的難題。”該團(tuán)隊(duì)的研究發(fā)表于《天體物理學(xué)雜志通訊》

責(zé)任編輯：DAIKIN

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圖片來源NASA

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