令人難以置信的重大發現：首次發現宇宙核裂變

"我們獲得了越來越多的觀測數據，宇宙正在對我們說‘嘿，這里有個跡象，只可能來自裂變。'"

據說兩顆中子星合并會產生動蕩的環境，可以在這里鍛造出宇宙中的重元素（如黃金）

(圖片來源：洛斯阿拉莫斯國家實驗室馬修-蒙波爾（Matthew Mumpower）

科學家首次發現了恒星間核裂變的跡象。該發現支持一種觀點：中子星撞擊時會產生 "超重 "元素--比元素周期表中最重的元素還要重--然后通過核裂變分解出輕元素，如珠寶中的黃金。

大體上來說，核裂變與核聚變是相反的。核聚變指輕元素撞擊產生重元素，而核裂變則是重元素分裂產生輕元素，并釋放能量的過程。核裂變也是眾所周知的，它實際上就是地球上核電站產生能量的基礎——然而，在此之前，人們從未發現恒星中發生過核裂變。

"研究報告的共同作者、洛斯阿拉莫斯國家實驗室的科學家馬修-蒙波爾（Matthew Mumpower）在一份聲明中表示："人們一直認為裂變發生在宇宙中，但到目前為止，還沒有人能夠證明這一點。“

由北卡羅來納州立大學科學家伊恩-羅德勒（Ian Roederer）領導的研究小組搜索了有關恒星中各種元素的數據，首次發現了中子星合并時可能發生核裂變的證據。這些發現有助于解開宇宙重元素的來源之謎。

科學家們知道，核聚變不僅是恒星的主要能量來源，也是鍛造各種元素的力量，其中“最重的”元素是鐵元素。

然而，金和鈾等較重元素所謂的核合成過程卻顯得有些神秘。科學家們猜測，這些珍貴而稀有的重元素是在兩顆密度驚人的死星--中子星--發生碰撞并合并時產生的，這種碰撞和合并創造出的環境十分動蕩，足以鍛造出即使在最動蕩的恒星中心也無法產生的元素。

芒鮑爾和研究小組發現的核裂變證據是，在某些恒星中，“輕型精密金屬”（如銀）和 "稀土核"（如銪）之間存在相關性。科學家們發現，當其中一組元素上升時，另一組中的相應元素也會上升。

研究小組的研究還表明，原子質量（原子核中質子和中子的數量）大于 260 的元素可能存在于中子星撞擊的周圍，即使只是短暫存在。這比元素周期表 "重端 "的許多元素都要重得多。

蒙波爾說：“在不同的恒星中出現這種情況的唯一合理途徑是，在重元素形成過程中存在一個一致的運作過程。"這是令人難以置信的重大現象，也是宇宙中正在進行裂變的首個個證據，證實了我們幾年前提出的理論。”

“我們獲得了越來越多的觀測數據，宇宙正在對我們說‘嘿，這里有個跡象，只可能來自裂變。’”

中子星和核裂變

中子星在大質量恒星的內在核聚變過程所需的燃料供應耗盡時產生，這意味著支撐它們抵御自身引力向內推力的能量消失了。當這些垂死恒星的外層被吹走時，質量為太陽一到兩倍的恒星內核就會坍縮至大約 12 英里（20 公里）寬。

這種內核坍縮發生得很快，以至于電子和質子被迫聚集在一起，形成了密度巨大的中子星海，如果把一湯匙這種中子星 "物質 "帶到地球上，其重量將超過 10 億噸。

這些的恒星以雙星配對的形式存在時，會圍繞對方旋轉。當它們繞著彼此旋轉時會失去角動量，因為它們會在時空中發出無形的漣漪，這種漣漪被稱為引力波，導致中子星最終相撞、合并。而且鑒于其極端而奇異的特性，它們能創造出非常動蕩的環境并不令人意外。

最終形成的中子星合并會釋放出大量的自由中子，這些中子通常與原子核中的質子結合在一起。這使這些環境中其他原子核能迅速抓住這些自由中子--該過程被稱為快速中子俘獲或 “r-過程”。這使得原子核變得越來越重，從而產生不穩定的超重元素。這些超重元素隨后會發生裂變，分裂成金等較輕的穩定元素。

2020 年，蒙波爾預測了 r 過程產生的原子核的 "裂變碎片 "將如何分布。隨后，芒鮑爾的合作者、TRIUMF 科學家尼科爾-瓦什（Nicole Vassh）計算了r過程將如何共同產生釕、銠、鈀和銀等輕型精密金屬，以及銪、釓、鏑和鈥等稀土原子核。

這一預測不僅可以通過觀察中子星合并來驗證，還可以通過觀察由r過程產生的物質富集的恒星中的元素豐度來驗證。

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這項新研究觀察了42顆恒星，發現了瓦什所預測的精確相關性，從而顯示出比元素周期表中更重的元素裂變和衰變的明顯特征，進一步證實了中子星碰撞確實能鍛造比鐵更重的元素。

“對于一些因r過程而增強的恒星，我們擁有足夠多的數據，在這些恒星中，能發現這種高度關聯性。每當自然界產生一個銀原子時，它也會按比例產生更重的稀土原子核。這些元素群的構成是同步的，”蒙波爾總結道，“我們已經證明，導致這一現象的只有一種機制——那就是裂變——而人們從 20 世紀 50 年代起就一直為此絞盡腦汁。”

研究小組的研究成果發表在12月6日出版的《科學》雜志上。

BY: Robert Lea

FY: 33

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來源: 天文在線