元素周期表以外還有其它元素嗎？它們是誰？又從何而來呢？

令人難以置信的重大發(fā)現(xiàn)：首次發(fā)現(xiàn)宇宙核裂變

"我們獲得了越來越多的觀測數(shù)據(jù)，宇宙正在對我們說‘嘿，這里有個(gè)跡象，只可能來自裂變。'"

據(jù)說兩顆中子星合并會產(chǎn)生動蕩的環(huán)境，可以在這里鍛造出宇宙中的重元素（如黃金）

(圖片來源：洛斯阿拉莫斯國家實(shí)驗(yàn)室馬修-蒙波爾（Matthew Mumpower）

科學(xué)家首次發(fā)現(xiàn)了恒星間核裂變的跡象。該發(fā)現(xiàn)支持一種觀點(diǎn)：中子星撞擊時(shí)會產(chǎn)生 "超重 "元素--比元素周期表中最重的元素還要重--然后通過核裂變分解出輕元素，如珠寶中的黃金。

大體上來說，核裂變與核聚變是相反的。核聚變指輕元素撞擊產(chǎn)生重元素，而核裂變則是重元素分裂產(chǎn)生輕元素，并釋放能量的過程。核裂變也是眾所周知的，它實(shí)際上就是地球上核電站產(chǎn)生能量的基礎(chǔ)——然而，在此之前，人們從未發(fā)現(xiàn)恒星中發(fā)生過核裂變。

"研究報(bào)告的共同作者、洛斯阿拉莫斯國家實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家馬修-蒙波爾（Matthew Mumpower）在一份聲明中表示："人們一直認(rèn)為裂變發(fā)生在宇宙中，但到目前為止，還沒有人能夠證明這一點(diǎn)?！?/p>

由北卡羅來納州立大學(xué)科學(xué)家伊恩-羅德勒（Ian Roederer）領(lǐng)導(dǎo)的研究小組搜索了有關(guān)恒星中各種元素的數(shù)據(jù)，首次發(fā)現(xiàn)了中子星合并時(shí)可能發(fā)生核裂變的證據(jù)。這些發(fā)現(xiàn)有助于解開宇宙重元素的來源之謎。

科學(xué)家們知道，核聚變不僅是恒星的主要能量來源，也是鍛造各種元素的力量，其中“最重的”元素是鐵元素。

然而，金和鈾等較重元素所謂的核合成過程卻顯得有些神秘?？茖W(xué)家們猜測，這些珍貴而稀有的重元素是在兩顆密度驚人的死星--中子星--發(fā)生碰撞并合并時(shí)產(chǎn)生的，這種碰撞和合并創(chuàng)造出的環(huán)境十分動蕩，足以鍛造出即使在最動蕩的恒星中心也無法產(chǎn)生的元素。

芒鮑爾和研究小組發(fā)現(xiàn)的核裂變證據(jù)是，在某些恒星中，“輕型精密金屬”（如銀）和 "稀土核"（如銪）之間存在相關(guān)性?？茖W(xué)家們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)其中一組元素上升時(shí)，另一組中的相應(yīng)元素也會上升。

研究小組的研究還表明，原子質(zhì)量（原子核中質(zhì)子和中子的數(shù)量）大于 260 的元素可能存在于中子星撞擊的周圍，即使只是短暫存在。這比元素周期表 "重端 "的許多元素都要重得多。

蒙波爾說：“在不同的恒星中出現(xiàn)這種情況的唯一合理途徑是，在重元素形成過程中存在一個(gè)一致的運(yùn)作過程。"這是令人難以置信的重大現(xiàn)象，也是宇宙中正在進(jìn)行裂變的首個(gè)個(gè)證據(jù)，證實(shí)了我們幾年前提出的理論?！?/p>

“我們獲得了越來越多的觀測數(shù)據(jù)，宇宙正在對我們說‘嘿，這里有個(gè)跡象，只可能來自裂變?！?/p>

中子星和核裂變

中子星在大質(zhì)量恒星的內(nèi)在核聚變過程所需的燃料供應(yīng)耗盡時(shí)產(chǎn)生，這意味著支撐它們抵御自身引力向內(nèi)推力的能量消失了。當(dāng)這些垂死恒星的外層被吹走時(shí)，質(zhì)量為太陽一到兩倍的恒星內(nèi)核就會坍縮至大約 12 英里（20 公里）寬。

這種內(nèi)核坍縮發(fā)生得很快，以至于電子和質(zhì)子被迫聚集在一起，形成了密度巨大的中子星海，如果把一湯匙這種中子星 "物質(zhì) "帶到地球上，其重量將超過 10 億噸。

這些的恒星以雙星配對的形式存在時(shí)，會圍繞對方旋轉(zhuǎn)。當(dāng)它們繞著彼此旋轉(zhuǎn)時(shí)會失去角動量，因?yàn)樗鼈儠跁r(shí)空中發(fā)出無形的漣漪，這種漣漪被稱為引力波，導(dǎo)致中子星最終相撞、合并。而且鑒于其極端而奇異的特性，它們能創(chuàng)造出非常動蕩的環(huán)境并不令人意外。

最終形成的中子星合并會釋放出大量的自由中子，這些中子通常與原子核中的質(zhì)子結(jié)合在一起。這使這些環(huán)境中其他原子核能迅速抓住這些自由中子--該過程被稱為快速中子俘獲或 “r-過程”。這使得原子核變得越來越重，從而產(chǎn)生不穩(wěn)定的超重元素。這些超重元素隨后會發(fā)生裂變，分裂成金等較輕的穩(wěn)定元素。

2020 年，蒙波爾預(yù)測了 r 過程產(chǎn)生的原子核的 "裂變碎片 "將如何分布。隨后，芒鮑爾的合作者、TRIUMF 科學(xué)家尼科爾-瓦什（Nicole Vassh）計(jì)算了r過程將如何共同產(chǎn)生釕、銠、鈀和銀等輕型精密金屬，以及銪、釓、鏑和鈥等稀土原子核。

這一預(yù)測不僅可以通過觀察中子星合并來驗(yàn)證，還可以通過觀察由r過程產(chǎn)生的物質(zhì)富集的恒星中的元素豐度來驗(yàn)證。

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這項(xiàng)新研究觀察了42顆恒星，發(fā)現(xiàn)了瓦什所預(yù)測的精確相關(guān)性，從而顯示出比元素周期表中更重的元素裂變和衰變的明顯特征，進(jìn)一步證實(shí)了中子星碰撞確實(shí)能鍛造比鐵更重的元素。

“對于一些因r過程而增強(qiáng)的恒星，我們擁有足夠多的數(shù)據(jù)，在這些恒星中，能發(fā)現(xiàn)這種高度關(guān)聯(lián)性。每當(dāng)自然界產(chǎn)生一個(gè)銀原子時(shí)，它也會按比例產(chǎn)生更重的稀土原子核。這些元素群的構(gòu)成是同步的，”蒙波爾總結(jié)道，“我們已經(jīng)證明，導(dǎo)致這一現(xiàn)象的只有一種機(jī)制——那就是裂變——而人們從 20 世紀(jì) 50 年代起就一直為此絞盡腦汁?！?/p>

研究小組的研究成果發(fā)表在12月6日出版的《科學(xué)》雜志上。

BY: Robert Lea

FY: 33

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