北京時間 11 月 24 日消息，據國外媒體報道，宇宙中的化學元素從何而來？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）帶領一支國際研究小組獲得了新的發(fā)現，計算機模擬表明某些黑洞周圍的吸積盤對于重元素形成是至關重要的，同時該研究有助于對已形成元素豐度進行預測，未來“反質子和離子研究（FAIR）”等科研項目將對重元素進行深入分析，從而揭曉宇宙重元素的起源謎團。
現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生和釋放許多重元素。然而，這些物質何時以及如何被噴射，以及是否其他天體物理事件可能產生重元素，亟待進一步探索分析。
目前科學家認為有可能產生重元素的“候選目標”是被稠密熱物質組成吸積盤環(huán)繞的黑洞，這樣的黑洞系統(tǒng)通常是在兩顆大質量中子星合并或者坍縮星（一顆旋轉恒星坍縮和隨后發(fā)生爆炸）期間形成的，到目前為止，科學家還不是很了解吸積盤的內部結構，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，因為它能夠實現快速中子捕獲過程，幾乎無質量的中微子在該過程中發(fā)揮了關鍵作用，因為它們使質子和中子之間的轉換成為可能。
研究中首次通過精心設計的計算機模擬系統(tǒng)地研究了大量吸積盤的中子和質子轉化率，結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量。吸積盤質量越大，在中微子釋放下通過捕獲電子而形成的質子數量就越多，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，然后這些中子被轉換成為質子，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”質量約是太陽質量 0.01-0.1 倍，該結果提供了強有力的證據，顯示中子星合并產生的吸積盤質量與“最佳吸積盤”質量相近，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)中的形成機制尚不清楚。
研究人員研究吸積盤物質拋射之外，還分析了拋射物質產生的光信號，它可用于未來觀測中子星碰撞時推斷拋射物質的質量和成分。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量和其他特征，目前的觀測數據并不充分，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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