博科园 - 从宇宙大爆炸开始,宇宙的“物质”一直在变化!

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从宇宙大爆炸开始,宇宙的“物质”一直在变化! - 后花园网文 - 探索新闻

  宇宙的组成,即构成物质每一部分的元素是由于恒星的生命和死亡而不断变化和演变。《科学》期刊1月31日发表的一篇评论文章详细描述了这些元素是如何随着恒星的成长、爆炸、衰减和合并而形成。俄亥俄州立大学(Ohio State University)天文学教授、这篇文章的作者珍妮弗·约翰逊(Jennifer Johnson)说:宇宙经历了一些非常有趣的变化,突然之间,元素周期表(宇宙中元素的总数)发生了很大的变化。

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  博科园-科学科普:大爆炸之后的1亿年里,除了氢、氦和锂,什么都没有,然后我们开始得到碳和氧以及非常重要的东西。现在,我们正处于元素周期表的辉煌时期。自19世纪60年代以来,元素周期表帮助人类了解宇宙的元素。当时,俄罗斯化学家门捷列夫(Dmitri Mendeleev)认识到某些元素的化学性质是相同的,并将它们组织成一张周期表。它是化学组织元素的方式,帮助从小学到世界上最好的实验室科学家们了解宇宙中各种物质是如何聚集在一起的。

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  图2、图3、图4、图5:宇宙中元素的来源,从15分钟到80亿年。图片:Jennifer Johnson

  但是正如科学家们早就知道的那样,元素周期表只是由星尘构成的:元素周期表上的大多数元素,从最轻的氢到重元素(如元素),都是从恒星开始。随着新元素的发现(或者说是合成元素)在世界各地的实验室中被创造出来,这张桌子也在不断扩大。但是门捷列夫对原子量和宇宙构成元素的基本理解是正确的。核合成(创造新元素的过程)始于138亿年前的大爆炸。宇宙中最轻的元素氢和氦也是大爆炸最初产物。但是更重的元素(元素周期表上几乎所有其他元素)主要是恒星生命和死亡的产物。

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  大质量恒星,包括距离地球1300光年的猎户座中的一些恒星,融合元素的速度比小质量恒星快得多。这些巨大的恒星将氢和氦融合成碳,并将碳转化为镁、钠和氖。大质量恒星死于超新星爆炸,释放元素(从氧到硅再到硒)到它们周围的空间。体积较小、质量较低的恒星——与我们的太阳差不多大的恒星,在它们的核心将氢和氦融合在一起。然后氦聚变成碳。当这颗小恒星死亡时,它会留下一颗白矮星。白矮星在合并和爆炸时合成其他元素,一颗爆炸的白矮星可能会将钙或铁送入其周围的深渊。

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  合并的中子星可能产生铑或氙。因为和人类一样,恒星在不同的时间尺度上生存和死亡,也因为恒星在其生命和死亡过程中产生不同的元素,宇宙中元素的组成也会随着时间而变化。恒星形成元素需要几个不同的过程,而这些过程有趣地分布在元素周期表上。当想到宇宙中所有的元素时,想想有多少恒星献出了自己的生命是很有趣的——而不仅仅是大质量恒星爆炸成超新星。它也有一些恒星,像我们的太阳,和更老的恒星,它需要一个很好的恒星范围来给我们元素。

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  博科园-科学科普|研究/来自: 俄亥俄州立大学

  Laura Arenschield,The Ohio State University

  参考期刊文献:《科学》

  DOI: 10.1126/science.aau9540

  博科园-传递宇宙科学之美

  

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