天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)銀河系中擁有最廣泛元素的"金標(biāo)準(zhǔn)"恒星HD 222925

在一顆恒星中識別這些不同的元素將幫助天文學(xué)家了解所謂的"快速中子捕獲過程"，或者說是宇宙中重元素產(chǎn)生的主要方式之一。他們的研究結(jié)論已在網(wǎng)上公布，并已被接受在《天體物理學(xué)報(bào)》增刊系列中發(fā)表。

"據(jù)我所知，這是我們太陽系以外的任何物體的記錄。而使這顆恒星如此獨(dú)特的是，它有非常高的相對比例的元素，沿著周期表的底部三分之二列出。我們甚至檢測到了黃金，"Roederer說。"這些元素是由快速中子俘獲過程產(chǎn)生的。這確實(shí)是我們試圖研究的事情：了解這些元素是如何、在哪里和什么時候產(chǎn)生的物理學(xué)。"

這個過程也被稱為"r-過程"，從鐵等較輕元素的存在開始。然后，迅速地，例如一秒鐘的時間中子就可以被添加到較輕元素的原子核中。這就產(chǎn)生了較重的元素，如硒、銀、碲、鉑、金和釷，就是在HD222925中發(fā)現(xiàn)的那種，根據(jù)天文學(xué)家的說法，所有這些元素在恒星中都很少被發(fā)現(xiàn)。

"需要大量自由的中子和一套非常高能量的條件來解放它們，并將它們添加到原子的核中，"Roederer說。"能夠發(fā)生這種情況的環(huán)境不多，也許只有兩個。"

這些環(huán)境中的一個已經(jīng)被證實(shí)：中子星的合并。中子星是超巨星的塌陷核心，是已知最小和最密集的天體。中子星對的碰撞會引起引力波，2017年，天文學(xué)家首次探測到來自合并中子星的引力波。r過程可能發(fā)生的另一種方式是在大質(zhì)量恒星的爆炸性死亡之后。

"這是向前邁出的重要一步：認(rèn)識到r-進(jìn)程可能發(fā)生的地方。但是，要問一句，那個事件實(shí)際上發(fā)生了什么？那里產(chǎn)生了什么？"Roederer說。"這就是我們的研究的意義所在。

Roederer和他的團(tuán)隊(duì)在HD 222925中發(fā)現(xiàn)的元素是在宇宙早期的大規(guī)模超新星或中子星的合并中產(chǎn)生的。這些物質(zhì)被拋出并扔回了太空，后來在那里重新形成了Roederer今天所研究的這顆星。

然后，這顆恒星可以被用作這些事件中的一個特征。未來的任何證明r-過程或自然界如何產(chǎn)生周期表底部三分之二的元素的模型，都必須具有與HD 222925相同的特征。

至關(guān)重要的是，天文學(xué)家們使用了哈勃太空望遠(yuǎn)鏡上的一種儀器，該儀器可以收集紫外線光譜。這個儀器是讓天文學(xué)家收集光譜中的紫外線部分的關(guān)鍵--來自HD 222925這樣的冷星的微弱光線。

天文學(xué)家們還使用了智利拉斯坎帕納斯天文臺的麥哲倫望遠(yuǎn)鏡之一--這是一個聯(lián)盟，麻省理工學(xué)院是其合作伙伴--來收集HD 222925的光學(xué)部分的光譜。這些光譜編碼了恒星內(nèi)元素的"化學(xué)指紋"，閱讀這些光譜不僅使天文學(xué)家能夠識別恒星所含的元素，而且還能識別恒星所含某種元素的數(shù)量。

Anna Frebel是這項(xiàng)研究的共同作者，也是麻省理工學(xué)院的物理學(xué)教授。她幫助對HD 222925的元素豐度模式進(jìn)行了整體解釋，以及它如何告知我們對宇宙中元素起源的理解。天文學(xué)家現(xiàn)在知道了在宇宙早期發(fā)生的一些r-進(jìn)程事件的詳細(xì)的逐個元素輸出。任何試圖理解r-process發(fā)生了什么的模型都必須能夠重現(xiàn)這一點(diǎn)。

這項(xiàng)研究的許多合著者是一個叫做r-進(jìn)程聯(lián)盟的小組的成員，這個小組由致力于解決r-進(jìn)程的大問題的天體物理學(xué)家組成。這個項(xiàng)目標(biāo)志著該團(tuán)隊(duì)的關(guān)鍵目標(biāo)之一：以前所未有的詳細(xì)程度確定哪些元素，以及在r過程中產(chǎn)生的數(shù)量。