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同位素 發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)古中子星碰撞？還給太陽系帶來了大量黃金？

兩位天文學(xué)家認(rèn)為他們已經(jīng)找到了古代恒星碰撞的確切位置，正是那次碰撞讓我們的太陽系擁有了大量珍貴的黃金和鉑金——至少有一部分是這樣。在發(fā)表在《自然》(Nature)上的一項(xiàng)新研究中，兩人分析了一顆非常古老隕石中殘留的放射性同位素，然后將這些數(shù)值與計(jì)算機(jī)模擬中子星合并產(chǎn)生的同位素比值進(jìn)行了比較。中子星合并是一種災(zāi)難性的恒星碰撞，會(huì)在時(shí)空結(jié)構(gòu)中引起漣漪。
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研究人員發(fā)現(xiàn)，一顆中子星的碰撞可能為我們的宇宙鄰居提供了許多比鐵更重的元素，而鐵有26個(gè)質(zhì)子。這包括我們早期太陽系中約70%的銫原子和40%的钚原子，以及黃金和鉑等貴金屬。研究人員發(fā)現(xiàn)，總的來說，這一次古老的恒星碰撞可能為我們的太陽系提供了0.3%的重元素，而我們每天都攜帶著其中的一些元素。佛羅里達(dá)大學(xué)天體物理學(xué)家、這項(xiàng)研究的主要作者伊姆雷·巴托斯(Imre Bartos)說：在我們每個(gè)人身上，都會(huì)發(fā)現(xiàn)這些元素的含量高得驚人，它們大多以碘的形式存在，而碘是生命所必需的。如果你戴著一枚金或鉑金婚戒，你也帶著一些爆炸性的宇宙過去。
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在NASA的模擬中，兩顆中子星互相撕裂，形成一個(gè)黑洞。新研究表明，類似這樣的恒星碰撞發(fā)生在46億年前，離我們的太陽系非常近，給我們的宇宙鄰居帶來了許多對生命至關(guān)重要的重元素。圖片：NASA Goddard
其中大約10毫克(0.00035盎司)可能是46億年前形成的。钚、金、鉑和其他比鐵重的元素是通過一種稱為快速中子俘獲(也稱為r過程)的過程產(chǎn)生的，在這個(gè)過程中，原子核在有時(shí)間進(jìn)行放射性衰變之前，迅速地與一堆自由中子結(jié)合在一起。這一過程只發(fā)生在宇宙中最極端的事件中（超新星爆炸或中子星碰撞）但科學(xué)家們對這兩種現(xiàn)象中哪一種對宇宙中重元素的產(chǎn)生負(fù)有主要責(zé)任意見不一。在新研究中，Bartos和同事Szabolcs Marka(來自紐約哥倫比亞大學(xué))提出中子星是太陽系中重元素主要來源的觀點(diǎn)。
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為了做到這一點(diǎn)，他們將保存在古代隕石中的放射性元素與中子星在銀河系周圍不同時(shí)空點(diǎn)合并的數(shù)值模擬進(jìn)行了比較。這顆流星含有中子星合并產(chǎn)生的放射性同位素的殘余，雖然它們在很久以前就衰變了，但它們可以用來重建太陽系形成時(shí)原始放射性同位素的數(shù)量。此前發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》(Science Advances)上的一項(xiàng)研究的作者們，曾用這塊隕石上的钚、鈾和銫原子的衰變同位素來估計(jì)太陽系早期存在的這些元素的數(shù)量。Bartos和Marka將這些數(shù)值插入計(jì)算機(jī)模型，計(jì)算出需要多少中子星合并才能將這些元素的正確數(shù)量填滿太陽系。
一個(gè)隨意的災(zāi)難
事實(shí)證明，如果中子星的合并距離我們太陽系足夠近——在1000光年以內(nèi)，也就是銀河系直徑的1%左右，那么單顆中子星的合并就能成功。中子星合并被認(rèn)為在我們的星系中非常罕見，每百萬年才會(huì)發(fā)生幾次。另一方面，超新星則更為常見，根據(jù)歐洲航天局一項(xiàng)研究，銀河系中每50年左右就有一顆大質(zhì)量恒星爆炸一次。
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【 同位素|發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)古中子星碰撞？還給太陽系帶來了大量黃金？】巴托斯和馬爾卡的結(jié)論是，超新星爆炸的頻率太高，無法解釋在太陽系早期流星中觀測到的重元素水平，從而排除了它們可能是這些元素來源的可能性，然而，附近一顆中子星的合并完全符合這個(gè)故事。根據(jù)新研究，這些結(jié)果“照亮了”那些爆炸事件，正是這些爆炸事件幫助我們的太陽系變成了現(xiàn)在的樣子。
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