想用恒星制作一枚婚戒?你可能需要等十亿年

来源:新浪科技发布时间:2019-05-15

一次远古时期的恒星相撞事件,赋予了我们太阳系内今天被我们视作珍贵的金和铂金等贵金属物质。

近日,有两位天文学家宣称,他们可能已经锁定了一次远古时期的恒星相撞事件,正是那次撞击事件赋予了我们太阳系内今天被我们视作珍贵的金和铂金等贵金属物质——或者至少是其中的一部分。

想用恒星制作一枚婚戒?你可能需要等十亿年

在发表在《自然》杂志上的一项最新研究,这两位天文学家分析了一块古老陨石内的放射性同位素含量。同位素是原子核内质子数相同,但是中子数目不同的原子。在完成分析之后,研究人员将这一数值与计算机模拟中子星合并产生的同位素情况进行对比。中子星是大质量恒星死亡之后留下的致密内核,它们之间的相撞与合并将可能在时空之中产生明显的涟漪。

对比的结果是,科学家们认为在太阳系形成之前大约1亿年,在距离今天太阳系的位置大约1000光年的位置上发生了一次中子星合并事件,这次事件可能为早期的太阳星云注入了大量质量比铁更大(铁是26号元素)的重元素成分,这其中包括早期太阳星云中70%的锔原子,以及大约40%的钚原子,再加上数百万磅重的贵金属物质成分,比如金和铂。总体而言,这一次的中子星碰撞事件就提供了我们太阳系内所有重元素含量的大约0.3%——女士们手上戴着的,脖子上挂着的,或许正是这次发生在太阳系诞生之前一亿年,1000光年外两颗恒星残骸体碰撞事件中产生的物质。

这篇研究论文的第一作者是美国佛罗里达大学的天体物理学家埃默里·巴托斯(Imre Bartos),他说:“我们每个人的体内都含有这类重元素物质,主要是以碘的形式,这种元素对于人体而言是必要的元素。”他补充道:“如果你手上戴着结婚时的黄金或者铂金戒指,那是一次发生在遥远过去的恒星碰撞事件的产物——一枚戒指中,大约有10毫克的量可能已经有超过46亿年的历史。”

用恒星制作一枚婚戒

要怎么利用恒星来制作一枚婚戒?你需要一次史诗般的爆炸事件,外加数十亿年的耐心等待。

化学元素中,类似钚,金,铂以及其他质量数超过铁的重元素都是在一种被称作“快速中子捕获”的机制(也叫“r-机制”)中形成的。在这一机制中,一个原子核在发生放射性衰变之前便得以快速捕获多个自由中子。这样的状况只有在宇宙中最为狂暴的事件——一类被称作“超新星爆发”的剧烈恒星死亡爆炸,或者两颗中子星的合并事件中才有可能发生。但目前科学界就这两种重元素产生机制中,究竟哪一种贡献了宇宙中更大比例的重元素这一问题上还存在意见分歧。

而在这项最新研究中,巴托斯和合作者,来自美国哥伦比亚大学的扎波里克斯·马卡(Szabolcs Marka)提出,中子星合并事件是贡献了太阳系中重元素来源的主力。为了开展这项研究,他们对比了一颗古老陨石内的放射性同位素残留物丰度,以及由计算机模拟的银河系内两颗中子星合并会在放射性同位素方面产生的效果。

巴托斯表示:“这块陨石中含有中子星合并事件产生的放射性同位素残留。尽管这些同位素早就由于衰变而消失殆尽,但却可以根据其衰变产物帮助反向重建太阳系初生时的放射性同位素丰度。”

分析显示,这块陨石中含有钚,铀和锔原子的放射性衰变产物。在2016年的一项研究中,研究人员使用这些数据估算了这些原始放射性元素在早期太阳系中的丰度水平。而此次,巴托斯和马卡将这些数据输入计算机,来检验需要发生多少次中子星合并事件,才能产生足以解释这块陨石中所表现出来的这种重元素含量模式。

一次偶然事件

测算的结果是:只需要一次中子星合并事件,就可以解释这样的重元素丰度,前提是这样一次中子星合并事件发生的距离要足够近——在1000光年以内,或者不超过银河系直径的1%。

一般认为,中子星合并事件在银河系内部是相当罕见的现象,大致每隔100万年才会发生若干次。反过来,超新星爆发事件的发生频率则要频繁的多。根据欧洲空间局(ESA)在2006年发表的一项研究报告显示,银河系内超新星爆发事件的发生频率大约是每50年左右发生一次。

但是如果用超新星发生的频率来解释,那么其重元素丰度值将远超实际情况,因此在这项研究中将超新星来源排除了,因为相比之下,研究人员发现一次中子星合并事件产生的效果将与测量结果完美吻合。

这项研究结果让我们在对塑造了我们太阳系的早期宇宙灾变事件方面,获得了新的认识。

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