科研進展
科學家提出新的超鐵元素核合成機制
近日，中國科學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。相關成果于8月20日發(fā)表在《天體物理學報》（The Astrophysical Journal）上。
宇宙中比鐵更重的元素被稱為超鐵元素，其起源問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生最重到鐵附近的元素，而超鐵元素則只能來自于更高溫度、更高密度環(huán)境下的爆發(fā)性天體環(huán)境?？熘凶臃@過程（r－過程）被認為產生了約一半的超鐵元素，該過程是當前核天體物理領域亟待研究的前沿熱點。
2017年，科學家通過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－過程，這是目前唯一被實驗證實的r－過程發(fā)生地點。然而一系列研究表明，目前的理論并不能全面地解釋觀測現象，如產生的稀土元素的含量明顯少于宇宙中大量貧金屬星的觀測值。因此，廣泛探索其他r－過程地點顯得尤為重要。目前，理論學家認為r－過程還可能發(fā)生于坍縮星和磁轉動超新星爆發(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－過程的核合成機制及特征。一個雙星系統(tǒng)在生命的末期會分別成為中子星和紅超巨星。紅超巨星吞噬了中子星后，其核芯物質開始被中子星吸積，隨著吸積不斷加劇，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。在提取了被標定為r－過程增強星的天文觀測量及相關理論模型值后，研究發(fā)現 CEJSNe與其它理論模型呈現出很好的反關聯(lián)關系。這表明，豐富的稀土元素和超鑭元素不能同時出現在同一次r－過程核合成中。研究同時指出，如果沒有CEJSNe，r－過程增強星的觀測值將很難被理論模型解釋，因此該研究進一步提升了r－過程核合成理論的完備性。
超鐵元素核合成新場景和新機制的提出，為進一步揭示r－過程核合成特征提供了基礎。未來，科學家有望利用強流重離子加速器（HIAF）等裝置產生r－過程路徑的原子核，開展關鍵物理量的相關研究，從而更深入地理解超鐵元素起源問題的本質。
本研究由金仕綸研究員主導完成，以色列理工學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基金委、中國科學院“西部之光”和中國科學院穩(wěn)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－過程增強星與共有包層噴射流超新星爆發(fā)、磁轉動超新星爆發(fā)、坍縮星和雙中子星合并的稀土元素含量VS 超鑭元素產生強度（圖／金仕綸）
圖： 共有包層噴射流超新星爆發(fā)藝術圖?。▓D源／近代物理所）
