恒星“点石成金”中子是个重要角色

作者:admin 来源:未知 点击数: 发布时间:2019年06月01日

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  恒星“点石成金”,中子是个主要脚色

  2019-05-31 07:00:27

  关心新华网

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  计较机芯片所用的硅、航空策动机上抗高温的镍基合金、商场中陈列的黄金、铂金……我们赖以保存的世界是由各类元素形成的,而这些比铁更重的元素(简称超铁元素)发源之谜备受科学家关心。

  近日的一项研究通过计较模仿得出结论,在快速中子俘获过程发生超铁元素的理论模子中,80%的超铁元素由坍缩恒星发生,其余20%则来自中子星归并。

  恒星事实是若何“点石成金”的?中子在这个过程中又饰演了什么脚色?

  元素构成以铁为界

  “目前比铁轻元素的构成机制已了了,而超铁元素的发源则具有慢速中子俘获过程(s-过程)、快速中子俘获过程(r-过程)和p-过程等多种理论模子。”中国原子能科学研究院核物理研究所尝试核天体物理立异团队研究员李志宏在接管科技日报记者采访时暗示。

  宇宙大爆炸3分钟后,最原始的核合成起头了。质子、中子、光子、电子等在宇宙中“横冲直撞”。在彼此碰撞和连系过程中,氢、氦以及少少量的锂、铍、硼元素降生了。

  后来,部门物质“抱团”逐步构成了恒星。恒星内部以氢核和氦核为原料,不竭进行核反映,生成更重的元素,并释放出能量。

  “因为原子核均带正电荷,两核之间的连系需要较高的温度前提以降服同性相斥的库仑力。元素越重,带电量越大、库仑力越大,构成该元素所需的温度就越高。”李志宏举例,当恒星温度跨越30亿摄氏度时,才能构成原子序数为14的硅元素,硅元素再与其他核素反映构成更多元素,直到原子序数为26的铁元素为止。

  “恒星的核燃烧阶段构成的最重元素为铁元素,这是由于铁元素的比连系能最高。” 李志宏进一步引见,质子和中子等核子连系成原子核不容易,而将曾经构成的原子核拆开也需要能量,这种能量被称为原子核的连系能,而连系能与核子数目标比值被称为该原子核的比连系能,即拆开原子核时,平均到每个核子上所需的能量。比连系能越高,申明原子核越不容易“散架”。

  铁元素的连系能最高,这意味着什么?“铁元素为核反映放热和吸热的‘分水岭’,若生成铁之前的元素,反映放热,恒星升温;生成超铁元素,反映吸热,恒星冷却。”李志宏告诉科技日报记者,恒星一旦冷却,便无法再供给足够的温度降服下一个元素合成的库仑力,核反映链便在铁这里“戛然而止”了。

  中子助力原子核“增重”

  恒星核燃烧过程只能构成比铁轻的元素,那么我们四周的金、银、铂等超铁元素从何而来?

  在三类次要的超铁元素理论模子中,有两类均与中子相关。李志宏指出,因为中子呈电中性,在参与核反映过程中没有库仑力的搅扰,因而学界认为绝大大都的超铁元素是通过铁“种子”俘获中子而发生的,并按照“抓到”中子的相对速度有了快慢之分,p-过程则能够注释30余种无法通过中子俘获发生的丰质子核素(p-核)的谜团。

  “慢速中子俘获过程凡是发生在红巨星阶段,可发生宇宙中现有超铁元素约一对折量的超铁元素。”李志宏指出,跟着红巨星不竭燃烧,其内部的碳氧焦点可发生中子,成为次要的中子源。当铁原子核抓到中子时,原子核内便不再“稳如泰山”了。鄙人一个中子被俘获之前,不不变的铁核会进行β衰变,核内的一个中子改变为质子。元素周期表中位列第27位的钴元素就此降生。钴核再俘获中子,便可发生更多的重核。“目前学界已通过理论计较及现实谱线观测逐步证明了该模子的科学性。”

  “快速中子俘获过程凡是发生在焦点塌缩的超新星迸发或两个中子星归并过程中,可发生约一半的超铁元素。”李志宏暗示,这两种天体勾当中,大量的中子喷射而出,一个原子核会被中子包抄起来,因而俘获中子是件敏捷且垂手可得的事,从铁“种子”一步步生成铀只需1秒。

  大部门元素都能通过以上两种中子俘获过程发生,还有约1%的超铁元素是通过p-过程发生的。目前,科学家还未揭开p-核构成的全数奥妙,其发生过程有待进一步摸索。

  “核过程研究不只努力于寻找宇宙元素的发源,还为我们供给了一个‘看见’恒星内部深处的窗口,认识恒星中能量发生的过程以及演化汗青。”在李志宏看来,这些谜团的摸索也会助力人们开辟新的核能源,为国防扶植和国民经济成长办事。

  义务编纂: 郭童

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