Tin tức Vũ trụ TV

Yếu tố bất ngờ: Sao neutron đóng góp ít, nhưng có thứ gì đó đã tạo ra vàng

Ngày:
Th9 19, 2020
Tóm lược:

Một phân tích mới về sự tiến hóa của thiên hà cho thấy các vụ va chạm sao neutron không tạo ra số lượng nguyên tố hóa học đã được giả định trước đó. Nghiên cứu cũng tiết lộ rằng các mô hình hiện tại không thể giải thích lượng vàng trong vũ trụ – tạo ra một bí ẩn thiên văn. Công trình đã tạo ra một Bảng tuần hoàn giao diện mới, cho thấy nguồn gốc sao của các nguyên tố tự nhiên từ carbon đến uranium.

Share:
CÂU CHUYỆN ĐẦY ĐỦ

Các yếu tố gây ngạc nhiên: sao neutron đóng góp ít, nhưng có thứ gì đó đang tạo ra vàng

Một phân tích mới về sự tiến hóa của thiên hà cho thấy các vụ va chạm sao neutron không tạo ra số lượng nguyên tố hóa học đã được giả định trước đó.

Nghiên cứu cũng tiết lộ rằng các mô hình hiện tại không thể giải thích lượng vàng trong vũ trụ – tạo ra một bí ẩn thiên văn.

Công trình đã tạo ra một Bảng tuần hoàn giao diện mới, cho thấy nguồn gốc sao của các nguyên tố tự nhiên từ carbon đến uranium.

Tất cả hydro trong Vũ trụ – bao gồm mọi phân tử của nó trên Trái đất – đều được tạo ra bởi Vụ nổ lớn, cũng tạo ra rất nhiều heli và liti, nhưng không nhiều thứ khác.

Phần còn lại của các nguyên tố tự nhiên được tạo ra bởi các quá trình hạt nhân khác nhau xảy ra bên trong các ngôi sao. Khối lượng chi phối chính xác những nguyên tố nào được tạo ra, nhưng tất cả chúng đều được giải phóng vào các thiên hà trong những khoảnh khắc cuối cùng của mỗi ngôi sao – bùng nổ trong trường hợp những ngôi sao thực sự lớn hoặc như những luồng ra dày đặc, tương tự như gió Mặt trời, đối với những thiên hà cùng lớp với Mặt trời .

Phó giáo sư Karakas, đồng tác giả từ Trung tâm ARC của Úc về Vật lý thiên văn 3 chiều (ASTRO 3D) giải thích: “Chúng ta có thể coi các ngôi sao như một nồi áp suất khổng lồ, nơi các nguyên tố mới được tạo ra.

“Các phản ứng tạo ra các nguyên tố này cũng cung cấp năng lượng giúp các ngôi sao luôn sáng trong hàng tỷ năm. Khi các ngôi sao già đi, chúng tạo ra các nguyên tố ngày càng nặng khi bên trong chúng nóng lên.”

Một nửa trong số các nguyên tố nặng hơn sắt – chẳng hạn như thori và uranium – được cho là được tạo ra khi các sao neutron, phần còn lại của các mặt trời bị cháy, đâm vào nhau. Theo lý thuyết từ lâu, các vụ va chạm sao neutron vẫn chưa được xác nhận cho đến năm 2017.

Tuy nhiên, giờ đây, phân tích mới của Karakas và các nhà thiên văn học Chiaki Kobayashi và Maria Lugaro tiết lộ rằng vai trò của sao neutron có thể đã được đánh giá quá cao – và rằng một quá trình sao khác hoàn toàn chịu trách nhiệm tạo ra hầu hết các nguyên tố nặng.

Karakas cho biết: “Các vụ sáp nhập sao neutron không tạo ra đủ nguyên tố nặng trong thời kỳ đầu của vũ trụ, và chúng vẫn không tạo ra bây giờ, 14 tỷ năm sau”.

“Vũ trụ không làm cho chúng đủ nhanh để giải thích sự hiện diện của chúng trong các ngôi sao rất cổ xưa, và nhìn chung, đơn giản là không có đủ các vụ va chạm xảy ra để giải thích cho sự phong phú của các nguyên tố này xung quanh ngày nay.”

Thay vào đó, các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng các nguyên tố nặng cần được tạo ra bởi một loại hiện tượng sao hoàn toàn khác – các siêu tân tinh bất thường sụp đổ trong khi quay rất nhanh và tạo ra từ trường mạnh.

Phát hiện này là một trong số những nghiên cứu của họ vừa được công bố trên Tạp chí Vật lý thiên văn (Astrophysical Journal). Nghiên cứu của họ là lần đầu tiên nguồn gốc sao của tất cả các nguyên tố tự nhiên từ carbon đến uranium được tính toán từ những nguyên tắc đầu tiên.

Các nhà nghiên cứu nói rằng mô hình mới sẽ thay đổi đáng kể mô hình được chấp nhận hiện nay về cách vũ trụ phát triển. “Ví dụ, chúng tôi đã xây dựng mô hình mới này để giải thích tất cả các nguyên tố cùng một lúc và tìm thấy đủ bạc nhưng không đủ vàng”, Phó giáo sư Kobayashi, từ Đại học Hertfordshire ở Anh cho biết.

“Bạc được sản xuất quá mức nhưng vàng được sản xuất dưới mức trong mô hình so với các quan sát. Điều này có nghĩa là chúng ta có thể cần xác định một loại vụ nổ sao hoặc phản ứng hạt nhân mới.”

Nghiên cứu này sàng lọc các nghiên cứu trước đây nhằm tính toán vai trò tương đối của khối lượng sao, tuổi và sự sắp xếp trong quá trình sản xuất các nguyên tố.

Ví dụ, các nhà nghiên cứu đã xác định rằng những ngôi sao nhỏ hơn khoảng tám lần khối lượng của Mặt trời tạo ra cacbon, nitơ và flo, cũng như một nửa số nguyên tố nặng hơn sắt.

Những ngôi sao có khối lượng lớn hơn khoảng tám lần khối lượng Mặt trời cũng phát nổ dưới dạng siêu tân tinh vào cuối vòng đời của chúng, tạo ra nhiều nguyên tố từ carbon đến sắt, bao gồm hầu hết oxy và canxi cần thiết cho sự sống.

Kobayashi giải thích: “Ngoài hydro, không có nguyên tố đơn lẻ nào có thể được hình thành chỉ bởi một loại sao.

“Một nửa lượng carbon được tạo ra từ các ngôi sao có khối lượng thấp đang chết, nhưng nửa còn lại đến từ các siêu tân tinh.

“Và một nửa số sắt đến từ các siêu tân tinh bình thường của các ngôi sao có khối lượng lớn, nhưng nửa còn lại cần một dạng khác, được gọi là siêu tân tinh Loại Ia. Chúng được tạo ra trong hệ đôi của các ngôi sao khối lượng thấp.”

Ngược lại, các cặp sao lớn bị ràng buộc bởi lực hấp dẫn có thể biến đổi thành sao neutron. Khi những thứ này đập vào nhau, tác động sẽ tạo ra một số nguyên tố nặng nhất được tìm thấy trong tự nhiên, bao gồm cả vàng.

Tuy nhiên, trên mô hình mới, các con số chỉ đơn giản là không cộng lại.

Ngay cả những ước tính lạc quan nhất về tần số va chạm của sao neutron cũng không thể giải thích được sự phong phú tuyệt đối của những nguyên tố này trong Vũ trụ. Đây là một điều bất ngờ. Có vẻ như siêu tân tinh đang quay với từ trường mạnh là nguồn gốc thực sự của hầu hết các nguyên tố này.

Đồng tác giả, Tiến sĩ Maria Lugaro, người đang giữ chức vụ tại Đài quan sát Konkoly của Hungary và Đại học Monash của Australia cho rằng bí ẩn về số vàng mất tích có thể được giải đáp khá sớm.

Bà cho biết: “Những khám phá mới sẽ được mong đợi từ các cơ sở hạt nhân trên khắp thế giới, bao gồm châu Âu, Mỹ và Nhật Bản, hiện đang nhắm vào các hạt nhân hiếm liên quan đến sự hợp nhất sao neutron.

“Các đặc tính của những hạt nhân này vẫn chưa được biết đến, nhưng chúng kiểm soát rất nhiều việc sản xuất ra nhiều nguyên tố nặng.

Các nhà nghiên cứu thừa nhận rằng nghiên cứu trong tương lai có thể phát hiện ra rằng các vụ va chạm sao neutron thường xuyên hơn so với bằng chứng cho thấy cho đến nay, trong trường hợp đó, đóng góp của chúng vào các yếu tố tạo nên mọi thứ từ màn hình điện thoại di động đến nhiên liệu cho các lò phản ứng hạt nhân có thể được điều chỉnh trở lại.

Tuy nhiên, hiện tại, chúng dường như mang lại ít tiền hơn cho tóc mái.


Nguồn truyện:

Vật liệu được cung cấp bởi ARC Center of Excellence for All Sky Astrophysics in 3D (ASTRO 3D) . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa về kiểu dáng và độ dài.


Tham khảo Tạp chí :

  1. Chiaki Kobayashi, Amanda I. Karakas, Maria Lugaro. Nguồn gốc của các nguyên tố từ Carbon đến Uranium . Tạp chí Vật lý thiên văn , 2020; 900 (2): 179 DOI: 10.3847 / 1538-4357 / abae65

Bài viết liên quan

Bài viết mới