北京時間 11 月 24 日消息，據(jù)國外媒體報道，宇宙中的化學(xué)元素從何而來？像金和鈾這樣的重元素是如何形成的？目前，德國亥姆霍茲重離子研究中心（GSI）帶領(lǐng)一支國際研究小組獲得了新的發(fā)現(xiàn)，計算機(jī)模擬表明某些黑洞周圍的吸積盤對于重元素形成是至關(guān)重要的，同時該研究有助于對已形成元素豐度進(jìn)行預(yù)測，未來“反質(zhì)子和離子研究（FAIR）”等科研項目將對重元素進(jìn)行深入分析，從而揭曉宇宙重元素的起源謎團(tuán)。
現(xiàn)今地球上所有重元素都是在極端天體物理環(huán)境下形成的，例如：恒星內(nèi)部、恒星爆炸和中子星碰撞，研究人員對能形成重元素（金或者鈾）的天體物理事件頗感興趣，2017 年首次觀測到源自中子星合并的引力波和電磁輻射，表明這些宇宙碰撞中可以產(chǎn)生和釋放許多重元素。然而，這些物質(zhì)何時以及如何被噴射，以及是否其他天體物理事件可能產(chǎn)生重元素，亟待進(jìn)一步探索分析。
目前科學(xué)家認(rèn)為有可能產(chǎn)生重元素的“候選目標(biāo)”是被稠密熱物質(zhì)組成吸積盤環(huán)繞的黑洞，這樣的黑洞系統(tǒng)通常是在兩顆大質(zhì)量中子星合并或者坍縮星（一顆旋轉(zhuǎn)恒星坍縮和隨后發(fā)生爆炸）期間形成的，到目前為止，科學(xué)家還不是很了解吸積盤的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，特別是在形成過量中子的條件下。大量中子是重元素合成的一個基本條件，因為它能夠?qū)崿F(xiàn)快速中子捕獲過程，幾乎無質(zhì)量的中微子在該過程中發(fā)揮了關(guān)鍵作用，因為它們使質(zhì)子和中子之間的轉(zhuǎn)換成為可能。
研究中首次通過精心設(shè)計的計算機(jī)模擬系統(tǒng)地研究了大量吸積盤的中子和質(zhì)子轉(zhuǎn)化率，結(jié)果顯示只要滿足某些條件，吸積盤中就有豐富的中子，決定性因素在于吸積盤的總質(zhì)量。吸積盤質(zhì)量越大，在中微子釋放下通過捕獲電子而形成的質(zhì)子數(shù)量就越多，并且可以通過快速中子捕獲過程合成重元素，然而，如果吸積盤的質(zhì)量太大，所形成的反作用就會增加，因此更多的中微子在離開吸積盤之前被中子捕獲，然后這些中子被轉(zhuǎn)換成為質(zhì)子，從而阻礙了快速中子捕獲過程。
研究表明，能夠制造大量重元素的“最佳吸積盤”質(zhì)量約是太陽質(zhì)量 0.01-0.1 倍，該結(jié)果提供了強(qiáng)有力的證據(jù)，顯示中子星合并產(chǎn)生的吸積盤質(zhì)量與“最佳吸積盤”質(zhì)量相近，這意味著中子星可能是大量重元素的起源地。然而這樣的吸積盤在黑洞系統(tǒng)中的形成機(jī)制尚不清楚。
研究人員研究吸積盤物質(zhì)拋射之外，還分析了拋射物質(zhì)產(chǎn)生的光信號，它可用于未來觀測中子星碰撞時推斷拋射物質(zhì)的質(zhì)量和成分。此外，分析這些光信號的組成部分有助于洞察新形成元素的質(zhì)量和其他特征，目前的觀測數(shù)據(jù)并不充分，未來基于新一代天文裝置將有望獲得前所未有的勘測精度，進(jìn)一步核實中子星合并是否是快速中子捕獲過程的起源。
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