陨石中的放射性可以照亮我们太阳系中最重元素的来源

艺术家描绘了太阳系的形成，记录了放射性核被掺入会变成陨石的固体中的那一刻。

一个国际研究小组回到46亿年前的太阳系形成过程中，获得了对元素周期表中最重元素的宇宙起源的新见解。

该研究由国际核天体物理学研究网络（IReNA）和联合核天体物理学研究所–元素演化中心（JINA-CEE）组成的科学家领导，该研究发表在该期刊的最新一期上科学。

我们日常生活中遇到的重元素，例如铁和银，在137亿年前的宇宙诞生之初就不存在。它们是通过称为核合成的核反应及时产生的，核反应将原子结合在一起。特别是，碘，金，铂，铀，p和cur（其中一些最重的元素）是通过一种称为快速中子捕获过程或r过程的特定类型的核合成而生成的。

数十年来，哪个天文学事件可以产生最重的元素一直是个谜。如今，人们认为r过程可能发生在两个中子星之间，中子星与黑洞之间的剧烈碰撞中，或者在大质量恒星死亡后发生的罕见爆炸中。如此高能的事件在宇宙中很少发生。当它们发生时，中子被结合到原子核中，然后转化为质子。由于元素周期表中的元素由原子核中的质子数定义，因此r过程会随着捕获更多中子而建立更重的原子核。

r过程产生的某些原子核是放射性的，需要数百万年才能衰变成稳定的原子核。碘129和247 247是在太阳形成之前产生的两个这样的原子核。它们被掺入固体中，这些固体最终以陨石的形式落入地球表面。在这些陨石内部，放射性衰变产生了过量的稳定核。如今，可以在实验室中测量这种过量，以找出刚刚形成的太阳系中存在的碘129和cur247。

为什么这两个r过程核如此特殊？它们具有一个共同的特殊特性：它们以几乎完全相同的速率衰减。换句话说，数十亿年前，碘-129和247-247之间的比例就没有改变。

“这是一个令人惊讶的巧合，特别是考虑到这些原子核是仅能在陨石中测量的五个放射性r过程核中的两个，”研究负责人Konkoly天文台的BenoitCôté说。“随着碘129与fossil 247的比例被及时冻结，就像史前化石一样，我们可以直接查看重金属生产的最后一波浪潮，它构成了太阳系的组成以及其中的一切。 ”

带有53个质子的碘比带有96个质子的cur更容易生成。这是因为需要更多的中子捕获反应才能达到cur的更多质子数。因此，碘129与cur 247的比例在很大程度上取决于其生成过程中可用的中子数量。

该小组计算了中子星和黑洞之间碰撞产生的碘129与cur247的比率，以找到合适的条件来再现陨石的成分。他们得出的结论是，在太阳系诞生之前的最后一个r过程事件中可用的中子数量不能太高。否则，相对于碘会产生过多的cur。这意味着非常富中子的源（例如在碰撞过程中从中子星表面剥落的物质）可能没有发挥重要作用。

那么，是什么产生了这些r过程核？尽管研究人员可以提供有关其制作方法的新颖而有见地的信息，但他们无法确定创造它们的天文物体的性质。这是因为核合成模型是基于不确定的核特性，因此，尚不清楚如何将中子的可利用性与特定的天文物体（例如大质量恒星爆炸和碰撞中子星）联系起来。

这项研究的共同作者，巴黎圣母大学的妮可·瓦什说：“但是，碘129与cur247的比率能够更直接地反映出重元素核合成的基本性质的能力是一个令人兴奋的前景。”

借助这种新的诊断工具，天文学模拟的保真度和对核特性的理解方面的进步可以揭示哪些天文物体构成了太阳系中最重的元素。

“只有当您召集一个跨学科的团队，每个合作者都为这个难题的不同部分做出贡献时，这样的研究才有可能。“ JINA-CEE 2019前沿会议”提供了理想的环境，可以正式确定导致当前结果的合作。Côté说。

参考：BenoitCôté，Marius Eichler，AndrésYagüeLópez，Nicole Vassh，Matthew R. Mumpower，BlankaVilágos，BenjáminSoós，Almudena Arcones，Almudena Suses，Almudena Suses，BenoitCôté，Marius Eichler，“陨石中的129I和247Cm限制了太阳r过程元素的最后天体来源”。 ，丽贝卡·苏曼（Rebecca Surman），马可·皮尼亚塔里（Marco Pignatari），玛丽亚·K·佩托（MáriaK.
10.1126 / science.aba1111

这项工作得到了美国国家科学基金会（NSF）物理前沿中心的JINA-CEE的部分支持，该中心的工作号为PHY-1430152，而IReNA是一个NSF的AccelNet网络网络，工作号为OISE-1927130。