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碳元素新發現或改寫天體物理學 | 霍伊爾態

【大紀元2020年10月23日訊】(大紀元記者笛睿編譯報導)科學家實測碳元素的合成過程,發現比以前所知的速度快了34%。如此大幅度的認知差異,將對恆星的演化和死亡過程、各種元素的產生、它們的來源,以及構成生命的豐富基礎等多個理論模型產生深刻的影響。

科學家所知的是,恆星內部在只有幾分之一秒的瞬間,通過「3氦過程」——即3個氦原子核(α粒子)聚合成碳原子核的過程,產生碳元素。

多年來,天體物理學家都認為發生這個過程的概率極其小,因此對宇宙中碳元素,以及更重的元素的由來不能作出明確的解釋。

1953年,知名天文學家霍伊爾(Fred Hoyle)提出「3氦過程」是產生穩定碳元素的基礎過程,後來科學家就把這個過程中原始的、不穩定的核狀態稱為霍伊爾態(Hoyle state)。

產生碳元素之後,恆星繼續合成像氧、鐵等這樣更重的元素。恆星內部產生的這些元素,最終成為誕生恆星系統內行星所需的氣體和塵埃。在地球上,碳元素是繁榮的生物圈的基本元素。

「這(霍伊爾態)是物質世界的奇觀之一,簡單地說,沒有霍伊爾態,就沒有我們!」澳洲國立大學(ANU)核物理系副教授基貝迪(Tibor Kibedi)說。

但是,從霍伊爾態誕生碳元素的概率非常低。「每2500個霍伊爾態原子核,只有1個變為穩定的碳元素。其它的都會失敗。」

直接觀測碳元素的產生相當困難,這份研究找到方法進行間接觀測。

他們向一張碳薄片發射一道質子束,產生霍伊爾態原子核。其中只有很小一部分這種激發態下的原子核變回穩定的碳元素。這個過程將發出正負電子對,研究人員通過特殊的光譜儀可以探測到。

實驗結果顯示,碳的合成率比以前所知的高出超過三分之一。對於天文學上這樣重要的演化過程來說,這個認知變化的幅度是相當大。

基貝迪說:「自1976年以來,沒有人測量過這個數據,都想當然地認為這是已知的,這次的結果實在是出乎意料。」

澳洲國立大學天文物理研究學院的喬伊斯(Meridith Joyce)說:「產碳率如此大的提升將對現有的很多理論都產生重大的影響。」

「這包括恆星的演化過程、比碳更重的各種元素的產生、恆星年齡的測量、恆星壽命的估計、超新星爆發的機率,甚至它們將產生中子星還是黑洞的分析,都有著重要的影響。」

澳洲國立大學和挪威奧斯陸大學(University of Oslo)的研究人員用兩種不同的方法進行了測量,研究結果分別發表在《物理評論C刊》(Physical Review C)和《物理評論快報》(Physical Review Letters)上。◇

責任編輯:葉紫微 #

文章來源:大紀元

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