一些嵌在地殼中的鈽原子正幫助我們解開自然界最重元素的起源之謎。

宇宙的其他災難性事件

長期以來,科學家們一直懷疑金、銀和鈽等元素是在超新星爆發時所產生的,但一項新的研究卻發現典型的超新星無法解釋我們的宇宙中最重元素的數量。物理學家Anton Wallner和他的同事在5月14日的《科學》雜誌上報告說:「這意味著宇宙的其他災難性事件一定是主要的貢獻者。」

研究結果支持了天體物理學家的態度轉變!超新星已在物理學界失寵,研究人員認為這些元素更有可能是在兩顆密度大的死亡恆星碰撞中形成的,或者是在某些稀有類型的超新星中形成的,比如那些由快速旋轉的恆星所形成的超新星。

原子核在快速吞噬中子時的r過程

這些元素可以通過一系列的反應所產生,原子核在快速吞噬中子時膨脹得越來越大,這系列被稱為r過程,「r」則代表快速,但澳洲坎培拉大學的Wallner說:「我們不確定r過程的地點位在哪裡,這就你知道將舉辦派對,卻沒有派對的地點資料。」

2017年的一次中子星碰撞被發現產生這些元素後,科學家們認為他們找到了答案,但重元素出現在非常古老的恆星中,而這些恆星卻都形成得太早,因此德國達姆施塔特大學的理論天體物理學家阿爾慕德娜·阿孔斯說:「我們知道肯定還有別的東西。」

如果r過程在附近發生過,這些元素就可能會落在地球上,在地殼上留下痕跡,從太平洋地殼樣本開始,Wallner和他的同事們用粒子加速器來分離和原子,接著在其中一塊樣品當中,科學家們尋找了一種名為鈽-244的鈽原子,這種鈽就是由r過程所產生的,最後研究小組發現了大約180個鈽-244原子,它們是在過去的900萬年間沈積到地殼中的。

鈽-244半衰期為8060萬年

研究人員將鈽的數量與已知來源的原子數量進行比較,首先鐵60是由超新星釋放的,但它是由恆星內部的聚變反應形成的,而不是r過程,而在另一塊較小的樣本當中,研究小組檢測到了大約415個鐵60原子。

鈽-244具有放射性,衰變的半衰期為8060萬年,鐵60的半衰期更短,只有260萬年,所以這些元素在45億年前地球形成時就出現是不太可能的,因此可以推估它們的來源是一個相對較近的太空事件,不過科學家們也無法確定他們檢測到的鈽-244是否也來自那些超新星,經由研究人員計算後他們認為如果鈽-244真的存在在這些超新星中,那數量少到無法解釋我們宇宙產生元素的豐富程度,簡單來說就是「超新星不可能是元素的主要來源,至少在我們附近並不是這樣。」

圖片來源:J. HESTER AND A. LOLL/ASU, NASA, ESA

資料來源:Emily Conover(2021,MAY 13).A study of Earth’s crust hints that supernovas aren’t gold mines. Sciencenews

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