科研進(jìn)展
科學(xué)家提出新的超鐵元素核合成機制
近日，中國科學(xué)院近代物理研究所核物理中心金仕綸研究員與合作者提出了新的超鐵元素核合成機制。相關(guān)成果于8月20日發(fā)表在《天體物理學(xué)報》（The Astrophysical Journal）上。
宇宙中比鐵更重的元素被稱(chēng)為超鐵元素，其起源問(wèn)題是二十一世紀物理未解之謎。宇宙中恒星內部的熔合燃燒可以產(chǎn)生最重到鐵附近的元素，而超鐵元素則只能來(lái)自于更高溫度、更高密度環(huán)境下的爆發(fā)性天體環(huán)境?？熘凶臃@過(guò)程（r－過(guò)程）被認為產(chǎn)生了約一半的超鐵元素，該過(guò)程是當前核天體物理領(lǐng)域亟待研究的前沿熱點(diǎn)。
2017年，科學(xué)家通過(guò)引力波及隨后的電磁信號確定了雙中子星合并事件（GW081708）發(fā)生了r－過(guò)程，這是目前唯一被實(shí)驗證實(shí)的r－過(guò)程發(fā)生地點(diǎn)。然而一系列研究表明，目前的理論并不能全面地解釋觀(guān)測現象，如產(chǎn)生的稀土元素的含量明顯少于宇宙中大量貧金屬星的觀(guān)測值。因此，廣泛探索其他r－過(guò)程地點(diǎn)顯得尤為重要。目前，理論學(xué)家認為r－過(guò)程還可能發(fā)生于坍縮星和磁轉動(dòng)超新星爆發(fā)。
在本研究中，研究人員首次提出共有包層噴射流超新星爆發(fā)（Common Envelop Jet Supernovae，CEJSNe）發(fā)生r－過(guò)程的核合成機制及特征。一個(gè)雙星系統在生命的末期會(huì )分別成為中子星和紅超巨星。紅超巨星吞噬了中子星后，其核芯物質(zhì)開(kāi)始被中子星吸積，隨著(zhù)吸積不斷加劇，最終噴射流向兩極發(fā)射。這一高溫高密的噴射流迅速冷卻，為r－過(guò)程提供了適宜的發(fā)生環(huán)境。
研究人員發(fā)現CEJSNe是目前最強的超鑭元素合成地點(diǎn)。在提取了被標定為r－過(guò)程增強星的天文觀(guān)測量及相關(guān)理論模型值后，研究發(fā)現 CEJSNe與其它理論模型呈現出很好的反關(guān)聯(lián)關(guān)系。這表明，豐富的稀土元素和超鑭元素不能同時(shí)出現在同一次r－過(guò)程核合成中。研究同時(shí)指出，如果沒(méi)有CEJSNe，r－過(guò)程增強星的觀(guān)測值將很難被理論模型解釋?zhuān)虼?span style="margin-top: 12px; margin-bottom: 12px; line-height: 1.5em; font-family: arial, helvetica, sans-serif; font-size: 16px;" data-index="9">該研究進(jìn)一步提升了r－過(guò)程核合成理論的完備性。
超鐵元素核合成新場(chǎng)景和新機制的提出，為進(jìn)一步揭示r－過(guò)程核合成特征提供了基礎。未來(lái)，科學(xué)家有望利用強流重離子加速器（HIAF）等裝置產(chǎn)生r－過(guò)程路徑的原子核，開(kāi)展關(guān)鍵物理量的相關(guān)研究，從而更深入地理解超鐵元素起源問(wèn)題的本質(zhì)。
本研究由金仕綸研究員主導完成，以色列理工學(xué)院合作者于前期提出了噴射流模型。本工作得到了國家自然科學(xué)基金委、中國科學(xué)院“西部之光”和中國科學(xué)院穩定支持青年團隊項目的支持。
論文鏈接：https：／／doi．org／10.3847／1538－4357／ad5f8e?
圖：r－過(guò)程增強星與共有包層噴射流超新星爆發(fā)、磁轉動(dòng)超新星爆發(fā)、坍縮星和雙中子星合并的稀土元素含量VS 超鑭元素產(chǎn)生強度（圖／金仕綸）
圖： 共有包層噴射流超新星爆發(fā)藝術(shù)圖?。▓D源／近代物理所）
