新證據(jù)挑戰(zhàn)宇宙最重元素的起源理論

在它“誕生”之后生活大爆炸，宇宙主要由氫和少數(shù)氦原子組成。這些是元素周期表中最輕的元素。

從大爆炸到現(xiàn)在，所有比氦重的元素或多或少都是在138億年中產(chǎn)生的。

恒星通過(guò)以下過(guò)程產(chǎn)生了許多這些較重的元素核聚變.然而，這只會(huì)讓元素像鐵一樣重。任何較重元素的產(chǎn)生都會(huì)消耗能量而不是釋放能量。

為了解釋今天這些較重元素的存在，有必要找到可以產(chǎn)生它的現(xiàn)象。

符合要求的一種事件是伽馬射線暴 （GRB）– 宇宙中最強(qiáng)大的一類爆炸。這些火山可以以太陽(yáng)光度的五分之一（10后跟18個(gè)零）倍于太陽(yáng)的光度爆發(fā)，并被認(rèn)為是由幾種類型的事件引起的。

GRB可以細(xì)分為兩類：長(zhǎng)脈沖和短脈沖。長(zhǎng)GRB與大質(zhì)量和快速旋轉(zhuǎn)恒星的死亡有關(guān)。根據(jù)這一理論，在大質(zhì)量恒星坍縮過(guò)程中，快速旋轉(zhuǎn)的光束將物質(zhì)噴射成以極快速度移動(dòng)的狹窄射流。

短暫的爆發(fā)只持續(xù)幾秒鐘。它們被認(rèn)為是由兩顆中子星的碰撞引起的——兩顆中子星是致密而致密的“死”星。

2017年8月，一個(gè)重要事件幫助支持了這一理論。利戈和處女座二引力波美國(guó)的探測(cè)器，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)似乎來(lái)自兩顆中子星的信號(hào)發(fā)生碰撞。

幾秒鐘后，一個(gè)被稱為GRB 100817A的短伽馬射線暴被探測(cè)到來(lái)自天空中同一方向。幾個(gè)星期以來(lái)，地球上幾乎所有的望遠(yuǎn)鏡都指向這一事件，以前所未有的努力研究其后果。

觀察結(jié)果顯示基洛諾瓦在GRB 170817A的位置。千新星是超新星爆炸的暗淡表親。更有趣的是，有證據(jù)表明爆炸過(guò)程中產(chǎn)生了許多重元素.

一項(xiàng)研究的作者自然界對(duì)爆炸的分析表明，這顆千新星似乎產(chǎn)生了兩種不同類別的碎片或噴射物。一種主要由輕元素組成，而另一種由重元素組成。

我們已經(jīng)提到，核聚變只能在元素周期表中產(chǎn)生像鐵一樣重的元素。但是還有另一個(gè)過(guò)程可以解釋千新星如何能夠產(chǎn)生更重的。

快速中子捕獲過(guò)程或R-過(guò)程是較重元素（如鐵）的原子核（或核心）在短時(shí)間內(nèi)捕獲許多中子粒子的地方。然后它們的質(zhì)量迅速增長(zhǎng)，產(chǎn)生更重的元素。

然而，要使r-process工作，您需要合適的條件：高密度、高溫和大量可用的自由中子。伽馬射線暴恰好提供了這些必要條件。

然而，兩顆中子星的合并，就像導(dǎo)致千新星GRB 170817A的中子星一樣，是非常罕見(jiàn)的事件。事實(shí)上，它們可能非常罕見(jiàn)，以至于它們不太可能成為我們宇宙中豐富的重元素的來(lái)源。但是長(zhǎng)GRB呢？

最近的一項(xiàng)研究特別調(diào)查了一種長(zhǎng)伽馬射線暴，GRB 221009。這已經(jīng)被稱為 BOAT– 有史以來(lái)最亮的。這個(gè)GRB于2022年10月9日被接收到，作為席卷太陽(yáng)系的強(qiáng)輻射脈沖。

這艘船引發(fā)了一場(chǎng)與千新星類似的天文觀測(cè)活動(dòng)。這個(gè) GRB 的能量是之前記錄保持者的 10 倍，而且離我們?nèi)绱酥灾劣谒?a>對(duì)地球大氣層的影響在地面上是可衡量的，可與專業(yè)相媲美太陽(yáng)風(fēng)暴.

在研究BOAT后果的望遠(yuǎn)鏡中，有詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡（JWST）。它在GRB爆炸大約六個(gè)月后觀察了它，以免被最初爆發(fā)的余輝所蒙蔽。

JWST收集的數(shù)據(jù)顯示，盡管該事件的亮度非常高，但它是由只是普通的超新星爆炸.

事實(shí)上，之前對(duì)其他長(zhǎng)GRB的觀測(cè)表明，GRB的亮度與與之相關(guān)的超新星爆炸的大小之間沒(méi)有相關(guān)性。BOAT似乎也不例外。

JWST團(tuán)隊(duì)還推斷了BOAT爆炸期間產(chǎn)生的重元素?cái)?shù)量。他們沒(méi)有發(fā)現(xiàn)r過(guò)程產(chǎn)生的元素的跡象。這是令人驚訝的，因?yàn)閺睦碚撋现v，長(zhǎng)GRB的亮度被認(rèn)為與其核心的條件有關(guān)，很可能是黑洞.

對(duì)于非常明亮的事件，尤其是像BOAT這樣極端的事件，條件應(yīng)該適合r過(guò)程的發(fā)生。

這些發(fā)現(xiàn)表明，伽馬射線暴可能不是宇宙重元素的關(guān)鍵來(lái)源。相反，必須有一個(gè)或多個(gè)來(lái)源仍然存在。

羅伯特·博澤，都柏林城市大學(xué)（DCU）物理科學(xué)學(xué)院助理教授，都柏林城市大學(xué)

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