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據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，一項(xiàng)天體物理學(xué)研究指出，有些恒星會(huì)以一場(chǎng)爆炸的形式結(jié)束生命，而氖元素也許在其中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。

天文學(xué)家很喜歡研究恒星的生命周期，包括不同恒星的死亡方式。像太陽(yáng)這樣質(zhì)量較小的恒星會(huì)不斷膨脹，最終拋卻外層物質(zhì)、轉(zhuǎn)變?yōu)榘?大型恒星則會(huì)以超新星爆發(fā)的形式發(fā)生劇烈爆炸，內(nèi)核會(huì)變成黑洞或中子星。但對(duì)于質(zhì)量介于太陽(yáng)7到11倍之間的中等質(zhì)量恒星，仍有許多疑問(wèn)沒(méi)有解決。它們是會(huì)拋離外層、還是會(huì)爆炸呢?如果它們最終會(huì)發(fā)生超新星爆發(fā)，那么最終產(chǎn)物又是什么?要想弄清這些問(wèn)題，一定程度上將取決于我們對(duì)氖的理解程度有多深。

在死亡過(guò)程中，中等質(zhì)量的恒星會(huì)逐漸耗盡氫和氦。計(jì)算機(jī)模擬顯示，它們會(huì)形成由氧、氖和鎂幾種元素構(gòu)成的內(nèi)核。這些恒星可能會(huì)失去部分氫外層，變成黯淡的白矮星;但如果內(nèi)核變得足夠大的話，也可能會(huì)坍縮成為中子星。

但這些恒星內(nèi)核非常古怪，因?yàn)橄騼?nèi)擠壓的引力產(chǎn)生的壓力可以與支配電子行為的量子力學(xué)規(guī)則相抵消。兩個(gè)電子的量子性質(zhì)不可能完全相同，因此限制了它們之間能達(dá)到的最小距離，從而對(duì)內(nèi)核施加一種“簡(jiǎn)并壓力”( degeneracy pressure)。而氖原子捕獲電子的速率對(duì)該進(jìn)程發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。這一過(guò)程會(huì)釋放出能量，“點(diǎn)燃”恒星中的氧，導(dǎo)致爆炸。但能量釋放的時(shí)間、以及后續(xù)爆炸發(fā)生的時(shí)間不同，恒星的命運(yùn)也會(huì)有所不同。

由加拿大達(dá)爾豪斯大學(xué)的奧利弗·科爾斯伯姆(Oliver Kirsebom)近期主導(dǎo)編寫(xiě)的一篇論文研究了氖捕獲電子的逆向過(guò)程，即氟原子失去一個(gè)電子、變成氖的過(guò)程。為此，他們?cè)诜姨m的JYFL加速器實(shí)驗(yàn)室中，用一束氟原子束轟擊了一張?zhí)寄ぁＭㄟ^(guò)分析氟衰變成氖的概率，研究人員反向推算出了在由氧、氖和鎂元素構(gòu)成的內(nèi)核中、氖原子捕獲一個(gè)電子的頻率。而他們的計(jì)算結(jié)果比此前的觀測(cè)結(jié)果高得多，因此能夠點(diǎn)燃氧氣時(shí)所需的內(nèi)核密度更低，最終會(huì)導(dǎo)致一場(chǎng)熱核爆炸，使恒星變?yōu)橐活w白矮星、而非中子星。

“這是一種非常罕見(jiàn)的核躍遷，經(jīng)常被人忽視。”科爾斯伯姆指出，“在特定條件下，它會(huì)對(duì)恒星的演變產(chǎn)生重大影響。”

北加州大學(xué)物理系的卡拉·弗羅里希(Carla Frohlich)評(píng)論道，該團(tuán)隊(duì)的測(cè)算結(jié)果是“精密核天體物理領(lǐng)域的一座里程碑”。她指出，數(shù)十年來(lái)，科學(xué)家一直想對(duì)這種“禁戒躍遷”進(jìn)行測(cè)量。禁戒躍遷現(xiàn)象在地球上非常罕見(jiàn)，但在恒星內(nèi)核的極端環(huán)境中也許要常見(jiàn)得多。

在由斯德哥爾摩大學(xué)博士后研究員Shuai Zha帶領(lǐng)、發(fā)表在《天體物理學(xué)期刊》上的另一項(xiàng)研究中，科學(xué)家建立了一顆質(zhì)量為太陽(yáng)8.4倍的恒星的死亡過(guò)程模型。電子捕獲過(guò)程釋放的能量點(diǎn)燃了氧氣，進(jìn)而燒盡了內(nèi)核中的其它金屬、并產(chǎn)生了一道爆炸波。該論文發(fā)現(xiàn)，恒星的最終命運(yùn)取決于電子的數(shù)量和臨界密度。密度一旦超過(guò)該臨界值，恒星內(nèi)核就會(huì)坍縮成中子星;而如果在臨界值以下，內(nèi)核則會(huì)發(fā)生熱核爆炸、分崩離析。

據(jù)研究人員推測(cè)，該恒星內(nèi)核的密度高于臨界值，因此他們認(rèn)為，是氖元素促成了內(nèi)核坍縮為中子星。不過(guò)該團(tuán)隊(duì)的研究要早于科爾斯伯姆。他們計(jì)劃在即將發(fā)表的一篇論文中對(duì)兩支團(tuán)隊(duì)的研究結(jié)果進(jìn)行比較。

科爾斯伯姆解釋道，關(guān)于這些恒星，仍有許多疑點(diǎn)尚待討論，比如恒星內(nèi)核中的對(duì)流、以及物質(zhì)傳輸熱量的方式等等。在這些過(guò)程中，其它復(fù)雜艱深的核變化過(guò)程也許也發(fā)揮了一定作用。

“關(guān)于這些恒星的最終命運(yùn)，目前的確有很多互相矛盾的觀點(diǎn)。對(duì)恒星中的對(duì)流等問(wèn)題……我們也的確需要展開(kāi)進(jìn)一步了解。”科爾斯伯姆指出。他希望，更先進(jìn)的加速器實(shí)驗(yàn)室可以幫助科學(xué)家研究更不穩(wěn)定的罕見(jiàn)粒子和同位素。此外，天文學(xué)研究也許會(huì)發(fā)現(xiàn)含有更多重元素的白矮星，它們可能是由氧、氖、鎂構(gòu)成的內(nèi)核爆炸后的殘余物。(記者 葉子)