科学家提出新的超铁元素核合成机制

科学家提出新的超铁元素核合成机制

近日，中国科学院近代物理研究所金仕纶研究员团队提出了一种新的超铁元素核合成机制，为理解宇宙中重元素的起源提供了重要线索。这一突破性研究成果发表在国际顶级期刊《天体物理学报》上。

宇宙中比铁更重的元素被称为超铁元素，它们的起源一直是二十一世纪物理学的重要未解之谜。目前普遍认为，快中子俘获过程（r-过程）是产生约一半超铁元素的主要途径。2017年，科学家通过引力波及随后的电磁信号确认了双中子星合并事件（GW081708）发生了r-过程，这是目前唯一被实验证实的r-过程发生地点。

然而，现有理论仍无法完全解释观测到的现象，例如产生的稀土元素含量明显低于贫金属星的观测值。因此，科学家们一直在探索其他可能的r-过程发生场所。目前认为，r-过程还可能发生在坍缩星和磁转动超新星爆发中。

金仕纶研究员团队首次提出了一种新的r-过程发生机制——共有包层喷射流超新星爆发（CEJSNe）。在这一过程中，一个双星系统中的中子星被红超巨星吞噬后，随着物质不断被吸积，最终会在两极产生高温高密的喷射流。这些喷射流迅速冷却，为r-过程提供了理想的环境。

研究发现，CEJSNe是目前最强的超镧元素合成场所。通过对比r-过程增强星的观测数据和理论模型，研究团队发现CEJSNe与其他理论模型呈现出很好的反关联关系。这意味着，丰富的稀土元素和超镧元素不能同时在同一次r-过程核合成中产生。这一发现进一步完善了r-过程核合成理论。

这一新机制的提出，为深入理解r-过程核合成特征奠定了基础。未来，科学家有望利用强流重离子加速器（HIAF）等装置，开展关键物理量的相关研究，从而更深入地揭示超铁元素起源的本质。

该研究得到了国家自然科学基金委、中国科学院"西部之光"和中国科学院稳定支持青年团队项目的资助。

图：r-过程增强星与不同天体环境的稀土元素含量VS超镧元素产生强度（图/金仕纶）

图：共有包层喷射流超新星爆发艺术图（图源/近代物理所）