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。

恒星通過以下過程產(chǎn)生了許多這些較重的元素核聚變.然而，這只會讓元素像鐵一樣重。任何較重元素的產(chǎn)生都會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）– 宇宙中最強大的一類爆炸。這些火山可以以太陽光度的五分之一（10后跟18個零）倍于太陽的光度爆發(fā)，并被認為是由幾種類型的事件引起的。

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

短暫的爆發(fā)只持續(xù)幾秒鐘。它們被認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的探測器，發(fā)現(xiàn)了一個似乎來自兩顆中子星的信號發(fā)生碰撞。

幾秒鐘后，一個被稱為GRB 100817A的短伽馬射線暴被探測到來自天空中同一方向。幾個星期以來，地球上幾乎所有的望遠鏡都指向這一事件，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)表明爆炸過程中產(chǎn)生了許多重元素.

一項研究的作者自然界對爆炸的分析表明，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。但是還有另一個過程可以解釋千新星如何能夠產(chǎn)生更重的。

快速中子捕獲過程或R-過程是較重元素（如鐵）的原子核（或核心）在短時間內(nèi)捕獲許多中子粒子的地方。然后它們的質(zhì)量迅速增長，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，就像導致千新星GRB 170817A的中子星一樣，是非常罕見的事件。事實上，它們可能非常罕見，以至于它們不太可能成為我們宇宙中豐富的重元素的來源。但是長GRB呢？

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

這艘船引發(fā)了一場與千新星類似的天文觀測活動。這個 GRB 的能量是之前記錄保持者的 10 倍，而且離我們?nèi)绱酥?，以至于它?a>對地球大氣層的影響在地面上是可衡量的，可與專業(yè)相媲美太陽風暴.

在研究BOAT后果的望遠鏡中，有詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（JWST）。它在GRB爆炸大約六個月后觀察了它，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.

事實上，之前對其他長GRB的觀測表明，GRB的亮度與與之相關的超新星爆炸的大小之間沒有相關性。BOAT似乎也不例外。

JWST團隊還推斷了BOAT爆炸期間產(chǎn)生的重元素數(shù)量。他們沒有發(fā)現(xiàn)r過程產(chǎn)生的元素的跡象。這是令人驚訝的，因為從理論上講，長GRB的亮度被認為與其核心的條件有關，很可能是黑洞.

對于非常明亮的事件，尤其是像BOAT這樣極端的事件，條件應該適合r過程的發(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鍵來源。相反，必須有一個或多個來源仍然存在。

羅伯特·博澤，都柏林城市大學（DCU）物理科學學院助理教授，都柏林城市大學

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