正在閱讀: 恒星“點石成金”,中子是個重要角色
首頁> 科普頻道> 天文·地理 > 正文

恒星“點石成金”,中子是個重要角色

來源:科技日報2019-05-31 10:44

調查問題加載中,請稍候。
若長時間無響應,請刷新本頁面

  計算機芯片所用的硅、航空發動機上抗高溫的鎳基合金、商場中陳列的黃金、鉑金……我們賴以生存的世界是由各種元素構成的,而這些比鐵更重的元素(簡稱超鐵元素)起源之謎備受科學家關注。

  近日的一項研究通過計算模擬得出結論,在快速中子俘獲過程產生超鐵元素的理論模型中,80%的超鐵元素由坍縮恒星產生,其余20%則來自中子星合并。

  恒星究竟是如何“點石成金”的?中子在這個過程中又扮演了什么角色?

  元素形成以鐵為界

  “目前比鐵輕元素的形成機制已明晰,而超鐵元素的起源則存在慢速中子俘獲過程(s-過程)、快速中子俘獲過程(r-過程)和p-過程等多種理論模型。”中國原子能科學研究院核物理研究所實驗核天體物理創新團隊研究員李志宏在接受科技日報記者采訪時表示。

  宇宙大爆炸3分鐘后,最原始的核合成開始了。質子、中子、光子、電子等在宇宙中“橫沖直撞”。在相互碰撞和結合過程中,氫、氦以及極少量的鋰、鈹、硼元素誕生了。

  后來,部分物質“抱團”逐漸形成了恒星。恒星內部以氫核和氦核為原料,不斷進行核反應,生成更重的元素,并釋放出能量。

  “由于原子核均帶正電荷,兩核之間的結合需要較高的溫度條件以克服同性相斥的庫侖力。元素越重,帶電量越大、庫侖力越大,形成該元素所需的溫度就越高。”李志宏舉例,當恒星溫度超過30億攝氏度時,才能形成原子序數為14的硅元素,硅元素再與其他核素反應形成更多元素,直到原子序數為26的鐵元素為止。

  “恒星的核燃燒階段形成的最重元素為鐵元素,這是因為鐵元素的比結合能最高。” 李志宏進一步介紹,質子和中子等核子結合成原子核不容易,而將已經形成的原子核拆開也需要能量,這種能量被稱為原子核的結合能,而結合能與核子數目的比值被稱為該原子核的比結合能,即拆開原子核時,平均到每個核子上所需的能量。比結合能越高,說明原子核越不容易“散架”。

  鐵元素的結合能最高,這意味著什么?“鐵元素為核反應放熱和吸熱的‘分水嶺’,若生成鐵之前的元素,反應放熱,恒星升溫;生成超鐵元素,反應吸熱,恒星冷卻。”李志宏告訴科技日報記者,恒星一旦冷卻,便無法再提供足夠的溫度克服下一個元素合成的庫侖力,核反應鏈便在鐵這里“戛然而止”了。

  中子助力原子核“增重”

  恒星核燃燒過程只能形成比鐵輕的元素,那么我們周圍的金、銀、鉑等超鐵元素從何而來?

  在三類主要的超鐵元素理論模型中,有兩類均與中子有關。李志宏指出,由于中子呈電中性,在參與核反應過程中沒有庫侖力的困擾,因此學界認為絕大多數的超鐵元素是通過鐵“種子”俘獲中子而產生的,并根據“抓到”中子的相對速度有了快慢之分,p-過程則可以解釋30余種無法通過中子俘獲產生的豐質子核素(p-核)的謎團。

  “慢速中子俘獲過程通常發生在紅巨星階段,可產生宇宙中現有超鐵元素約一半數量的超鐵元素。”李志宏指出,隨著紅巨星不斷燃燒,其內部的碳氧核心可產生中子,成為主要的中子源。當鐵原子核抓到中子時,原子核內便不再“穩如泰山”了。在下一個中子被俘獲之前,不穩定的鐵核會進行β衰變,核內的一個中子轉變為質子。元素周期表中位列第27位的鈷元素就此誕生。鈷核再俘獲中子,便可產生更多的重核。“目前學界已通過理論計算及實際譜線觀測逐漸證實了該模型的科學性。”

  “快速中子俘獲過程通常發生在核心塌縮的超新星爆發或兩個中子星合并過程中,可產生約一半的超鐵元素。”李志宏表示,這兩種天體活動中,大量的中子噴射而出,一個原子核會被中子包圍起來,因此俘獲中子是件迅速且輕而易舉的事,從鐵“種子”一步步生成鈾只需1秒。

  大部分元素都能通過以上兩種中子俘獲過程產生,還有約1%的超鐵元素是通過p-過程產生的。目前,科學家還未揭開p-核形成的全部奧秘,其發生過程有待進一步探索。

  “核過程研究不僅致力于尋找宇宙元素的起源,還為我們提供了一個‘看見’恒星內部深處的窗口,認識恒星中能量產生的過程以及演化歷史。”在李志宏看來,這些謎團的探索也會助力人們開發新的核能源,為國防建設和國民經濟發展服務。(于紫月)

[ 責編:蔡琳 ]
閱讀剩余全文(

相關閱讀

您此時的心情

新聞表情排行 /
  • 開心
     
    0
  • 難過
     
    0
  • 點贊
     
    0
  • 飄過
     
    0

視覺焦點

  • 武漢:做好鐵路客運發車準備

  • 山西平陸黃河濕地迎來夏候鳥

獨家策劃

推薦閱讀
在6歲至22歲的兒童和青少年中,傳染病導致的死亡下降極為顯著,但性傳播疾病和血源性感染顯著增加,2011年至2017年艾滋病感染增加了5倍,尤其是男性。
2020-04-07 14:42
新冠肺炎疫情暴發以來,已有科學家在荷蘭多個污水處理廠中檢測出新冠病毒。在荷蘭阿默斯福特,該國KWR水資源研究所的科學家在當地報告首例病患前,就從廢水中檢測出了新冠病毒的RNA。
2020-04-07 14:41
正是由于聽音樂能使一項困難的任務,變得可以忍受,許多學生經常選擇邊聽音樂邊寫作業或者復習備考。但是聽音樂真的對學習沒有影響嗎?
2020-04-07 14:16
從冰天雪地的南極,到赤日炎炎的非洲,所有生命體都需要適應所處環境的溫度,才能生存和繁衍。而環境溫度適應的前提,是生命體對溫度的精確感知。
2020-04-07 14:14
小時候,我們總會很好奇,人類是從哪兒來的,祖先是誰?其實,不只是普通人,人類起源問題,也一直是科學家在苦苦探究的。
2020-04-07 14:09
盡管疫情不可避免會對經濟發展帶來影響,但隨著國內防控形勢向好,經濟運行的生機與活力正不斷顯現。拼多多數據顯示,自2月10日開通“抗疫助農”專區以來,拼多多售出滯銷農產品總計超過16.25萬噸,其中助農直播受到廣泛關注。
2020-04-07 14:05
中科院光電研究院擁有先進的北斗高精度定位技術,一直希望向海洋領域拓展,但因解決不了監測設備在海上架設的問題,計劃難以推進。”  對癥下藥,山東決定打破海陸界限、部門界限、區域界限,以海洋大科學中心為龍頭,以產業為導向,充分釋放優勢研究力量。
2020-04-07 14:03
對公眾來說,每個人都可以踐行“動物友好型”的生活方式,提高對野生動物保護的認知,增加對自己身邊動物鄰居的了解,學習與它們和平相處,減少對動物的打擾。
2020-04-07 14:02

在沈陽,有一群這樣的“賽車手”,不論白天黑夜、刮風下雨,他們都時刻保持“戰斗狀態”,只要手機一響,指令一下,他們便立即與疫情賽跑,爭分奪秒,只為打通生命線上最后一公里。

2020-04-07 13:57
美國匹茲堡大學研究人員新開發一種通過微針陣列遞送的新型冠狀病毒疫苗。測試表明,小鼠接種后產生的新冠病毒特異性抗體數量足以中和病毒。小鼠測試結果顯示,PittCoVacc可產生強而持久的特異性抗體反應,小鼠接種兩周后體內即產生了大量針對新冠病毒的抗體。
2020-04-07 13:51
一個個優秀的中國醫務工作者,一份份寶貴的抗疫物資奔向全球抗疫戰場,也帶去了中國倡導全球治理、構建人類命運共同體的理念主張。文明的成果來之不易,如新冠肺炎疫情這般向全人類發起的挑戰,未來或有增無減。
2020-04-07 13:25
自世界衛生組織總干事譚德塞4月3日宣布全球累計確診病例超百萬以來,世界各地的新冠病毒疫情形勢未見停頓跡象。王辰團隊在論文中指出:面臨新冠肺炎疫情的其他國家應考慮將方艙庇護醫院作為其公共衛生應急舉措的一部分。
2020-04-07 13:18
近日,華大基因官網稱,阿布扎比某科技公司和華大集團在阿聯酋共建的“火眼”新冠病毒檢測實驗室正式啟動。這是首個在中國以外運行的具備數萬人級別新冠病毒核酸日檢測能力的“火眼”實驗室。
2020-04-07 12:50
該項成果對我國自上世紀80年代以來投入巨資完成的大比例尺土壤調查圖件和資料進行“搶救性收集”和“時空整合”
2020-04-07 11:25
一片清澈琥珀中有一只保存完好的約有4100萬年歷史的蠓。研究人員表示,這一系列結果為了解古老的生態學和演化提供了新見解,同時也表明,未來在澳大利亞和新西蘭還很有可能會有其他類似發現。
2020-04-07 10:57
記者從中國科學技術大學獲悉,該校工程科學學院、中科院材料力學行為和設計重點實驗室團隊,研究了固液界面毛細力的微觀起源,揭示了液滴接觸線處受力平衡的作用機理,并從力學角度給出了楊氏方程的合理解釋。
2020-04-07 10:55
兩個SMEX任務分別是“極紫外恒星的大氣物理和進化表征任務(ESCAPE)”和“康普頓光譜儀和成像儀(COSI)”,每個任務將得到200萬美元資助,開展9個月的概念研究。兩個MO任務分別是“引力波紫外線對應物成像儀任務(GUCIM)”和“大面積爆炸式旋光儀(LEAP)”,每個提案將獲得50萬美元資助,開展9個月的概念研究。
2020-04-07 10:54
(記者劉霞)為了解多少人感染新冠病毒,世界衛生組織(WHO)擬開展一項研究,測試血液樣本中是否存在針對該病毒的抗體。了解新冠肺炎病例(包括輕癥病例)的數量有助于確定不同年齡組的患病率和死亡率,還將幫助決策者確定“閉關鎖國”和隔離政策持續多長時間。
2020-04-07 10:54
近日,北京地鐵6號線列車上出現了能夠播放多媒體信息的“車窗屏”。這是由北京地鐵聯合交控科技等單位共同研發的“首都智慧地鐵”科研項目成果——智能列車乘客服務系統。圖為“車窗屏”實時播放著多媒體信息。
2020-04-07 13:21
研究人員進一步將這種高效率的紅外光電探測器和膠體量子點發光二極管結合,制備了紅外上轉換器件并取得了6.5%的光子轉換效率。
2020-04-03 10:18
加載更多
色小姐_骑妹妹_骑姐姐_姐也搞_姐也色_姐也色在线视频_性感美腿巨乳御姐大尺度蕾丝内衣很胸猛图片 <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <文本链> <文本链> <文本链> <文本链> <文本链> <文本链>