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水从哪出来 金从哪里来

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1957年，发表了一篇108页的论文 。本文详细讨论了元素在恒星生命周期的不同阶段是如何形成的，解释了氢变成氦的核合成过程，并延伸到碳、氧、硅、硫、氩、钙甚至铁等重元素的生成 。它告诉我们，我们所生活的世界中的许多元素都是在恒星中诞生的 。正如卡尔·萨根所说，“宇宙在我们体内，我们都是星尘” 。
【水从哪出来 金从哪里来】这篇题为《恒星中元素的合成》的论文已经成为化学元素宇宙起源的基础性研究，它常常被四位论文作者(伯比奇和他的妻子福勒、霍伊尔)的姓氏首字母简称为B FH 。这四位科学家还证明了超新星爆发时的快中子俘获过程创造了比铁更重的元素，从而进一步将恒星的成分扩展到金、铂和铀等元素 。
这篇开创性的论文，通常被称为B FH，展示了恒星中元素合成的核过程 。|图片来源:E.M. Burbidge等人/现代物理学评论第29卷第4期第547页(1957)/美国物理学会
简单来说，宇宙中所有的氢元素都是由BIGBANG产生的 。大爆炸还产生了氦和少量的锂 。这些都是明星做“元素料理”的“原料” 。恒星可以被认为是一个巨大的“高压锅”，新元素在其中不断产生 。产生这些元素的反应也提供能量，使恒星能够发光发热数十亿年 。随着恒星年龄的增长，其内部温度不断上升，导致元素越来越重 。(关于元素的宇宙起源的更多信息，请看你从_ _ _ _ _ _和1、2、3...详情118 。)
质量决定了哪些元素会被锻造，这些元素会在每颗恒星生命的最后一刻被释放到星系中 。比如，如果是质量非常大的恒星，元素可能会爆发式释放；如果是和太阳质量相当的恒星，这些元素会像太阳风一样密集地流出 。
这个周期表显示了元素的宇宙起源 ， 不同色块的面积代表了不同起源的比例 。|图片设计:雯雯子；参考资料:美国航天局
随着人们对元素宇宙起源的认识，一张张丰富多彩的元素周期表逐渐完善 。但最近的一项新研究似乎打算改写这一结果 。发表在《天体物理学杂志》上的一项研究对宇宙演化模型提出了新的挑战 。这项新研究还产生了一个“新版本”的周期表，看起来不同，更详细地显示了从碳到铀的自然元素的恒星起源 。
这项新研究首次根据第一原理计算了从碳到铀的所有自然元素的恒星起源 。研究人员利用了所有化学富集源的理论核合成产率和事件概率，并在前人研究的基础上进行改进，更详细地计算了恒星质量、年龄和排列在元素形成中的相对作用 。
这个周期表显示了元素的宇宙起源随时间的变化 。在每个元素的细胞中，横轴代表时间(从宇宙大爆炸到现在的138亿年)，纵轴代表太阳的相对丰度 。|图片来源:小林建(2020)
根据这项研究的第一作者Chiaki Kobayashi的说法 ， 几乎没有任何元素是仅由一颗恒星形成的 。例如 ， 一些碳元素是由垂死的低质量恒星产生的，而另一些则来自超新星 。对于铁来说，一部分来自大质量恒星形成的普通超新星，但另一部分需要另一个宇宙过程，这种过程被称为Ia型超新星，它产生于低质量恒星的双星系统中 。
此外，在宇宙中，一对被引力束缚的大质量恒星可以转化为中子星，中子星是恒星烧尽后留下的超高密度碎片 。当这些中子星合并时，碰撞将产生自然界中最重的元素，例如我们熟悉的黄金 。长期以来，理论认为比铁重的元素有一半是中子星碰撞合并时形成的 。直到2017年首次观测到中子星并合事件，才证实了该理论 。
然而，新模型表明，添加这些来源的结果是“错误的” 。特别是，研究人员发现中子星的作用可能被大大高估了 。即使是对中子星合并频率最乐观的估计，似乎也没有足够的碰撞来解释今天宇宙中这些元素的丰度 。最有代表性的一个结果是，模型计算的金丰度远低于观测数据 。
此外，其他元素的模拟结果与实际观测也有差异，比如模型中的银“收益率”与观测结果相比过高 。所有这些结果可能会改变目前公认的宇宙演化模型，尤其是我们对重元素生成的理解 。
研究人员认为，重元素的生成可能需要完全不同的恒星现象，我们可能需要确认新的恒星爆炸或核反应 。该研究作者在采访中提到 ， 一些重元素的主要来源很可能是一颗非常不寻常的超新星，它在坍缩的同时旋转非常快，并产生强大的磁场 。
同时，他们表示，未来的研究还可能发现中子星的合并比我们目前认为的更加频繁 。但这一切都需要进一步的探索和更多的数据支持 。

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