@ 2018.12.29 , 08:00

我们来自于星尘,星尘又来自于何处

我们来自于星尘,星尘又来自于何处

小女孩问:“我们是从哪里来的?”爸爸说:“亲爱的,我们来自星尘。”父亲在女儿的心目中通常都是无所不知的,不过考虑到这位父亲的名字叫卡尔·萨根,我们也不能说小姑娘对爸爸的崇拜过于盲目。

所以,下次当你感到沮丧时,只要记住——我们来自于群星。当然,粪便细菌也是一样,还有变态连环杀手……但即便如此,构成我们细胞的物质曾经在天空中某个地方闪耀,真是令人惊讶。

但确切点说,物质到底来自哪里呢?最新的研究发现,星际之中某些元素同位素的丰度高于理论预期,这挑战了当前主流的观念。

通过分析相对还算年轻的行星状星云K4-47的成分,亚利桑那大学的研究人员提出了一种新颖的思路,某些原子可以具有相当奇特的起源。

大部分元素都是各种恒星内部反应的产物。

重力将氢元素挤成氦,氦元素又被压在一起形成锂,或其他原子量更大的元素。

为了将原子量更大的元素捏在一起——如碳和氧——需要惊人的力量,在诞生伊始,质量就相当于8个太阳的恒星核心处,才能产生如此可怕的压力。

尽管如此,在所有组成物质世界的积木中,某些积木块——同位素比其他同位素更难生成。例如,碳13、氧17和氮15。你只能在超新星爆发后的内核坍塌中才能发现上述同位素的踪迹。

但事实证明,上述说法存在瑕疵。

高级研究员Lucy Ziurys表示,“新星和超新星模型无法解释我们在陨石样本中观察到的氮15和氧17的丰度。”

科学家们开始考虑其他创造出元素的途径,这些解释不需要罕见的天体物理事件。

距离我们15000光年远处,有一个被称为K4-47的神秘天体。这团行星状星云主要由气态物质和尘埃构成,含有丰富的碳元素,其中许多都是中子多于6的碳同位素。

Ziurys认为,这些同位素向我们揭示了元素起源的其他答案。

“事实证明,咱们家门口的普通恒星也能够制造出它们。”

事实上,就像90%的恒星一样,我们的太阳会随着质量散失而逐渐膨胀,它自身产生的热量吹走外层的气体,变成一个红色的巨大球体。随着时间推移,只留下明亮的“白矮星”核。

比起外观变化,恒星内部的死亡过程实际上更加剧烈,巨大的压力足够把额外的中子打进重原子的核心。

濒死恒星内核的氢元素,经过数百万年的聚变反应,转化成氦元素。当氢元素消耗殆尽,核心聚变停止,恒星的内部压力无法抗衡自身的重力开始向内坍塌。在氦的累积过程中,最终会达到某个触发点。

接近1亿度的高温是一个关键点,那时候,3个氦形成单个碳原子,同时疯狂地释放出能量。

缺少外层电子的氦元素不像是气体分子,反而更像是液体分子一样紧紧地粘在一起,吸收反应释放出的热量。这就是所谓的氦闪。

“氦闪不像超新星撕裂恒星那样暴烈。”Ziurys说。

最后,大约6%的氦转化为碳。然而,要想在这种非超新星路径中得到C-13这样的同位素,原子需要快速逃逸,得到冷却的机会,而不能被卷入其他的反应。

如此算下来,数值似乎与观测结果相符。如果发现了新的例子,无疑可以加强了新模型的可信度。

一处被称为CK Vul的星云,也具有类似的碳同位素丰度配比。科学家认为,它是两颗白矮星合并后的产物。换句话说,也不能排除K4-47是大质量天体合并后的遗骸。

好吧,或许真如科学家所言,构成你我的元素并非像以前所想的那么特别——甚至都不需要引爆超新星!但没必要为此沮丧,我的朋友。

让我们同样用小女孩和爸爸的对话收尾吧,当女儿问:“爸爸,那生命又是什么?”

“生命是最伟大的奇迹。”

本文译自 sciencealert,由译者 majer 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


支付宝打赏 [x]
您的大名: 打赏金额:

赞一个 (10)