令人难以置信的重大发现：首次发现宇宙核裂变

"我们获得了越来越多的观测数据，宇宙正在对我们说‘嘿，这里有个迹象，只可能来自裂变。'"

据说两颗中子星合并会产生动荡的环境，可以在这里锻造出宇宙中的重元素（如黄金）

(图片来源：洛斯阿拉莫斯国家实验室马修-蒙波尔（Matthew Mumpower）

科学家首次发现了恒星间核裂变的迹象。该发现支持一种观点：中子星撞击时会产生 "超重 "元素--比元素周期表中最重的元素还要重--然后通过核裂变分解出轻元素，如珠宝中的黄金。

大体上来说，核裂变与核聚变是相反的。核聚变指轻元素撞击产生重元素，而核裂变则是重元素分裂产生轻元素，并释放能量的过程。核裂变也是众所周知的，它实际上就是地球上核电站产生能量的基础——然而，在此之前，人们从未发现恒星中发生过核裂变。

"研究报告的共同作者、洛斯阿拉莫斯国家实验室的科学家马修-蒙波尔（Matthew Mumpower）在一份声明中表示："人们一直认为裂变发生在宇宙中，但到目前为止，还没有人能够证明这一点。“

由北卡罗来纳州立大学科学家伊恩-罗德勒（Ian Roederer）领导的研究小组搜索了有关恒星中各种元素的数据，首次发现了中子星合并时可能发生核裂变的证据。这些发现有助于解开宇宙重元素的来源之谜。

科学家们知道，核聚变不仅是恒星的主要能量来源，也是锻造各种元素的力量，其中“最重的”元素是铁元素。

然而，金和铀等较重元素所谓的核合成过程却显得有些神秘。科学家们猜测，这些珍贵而稀有的重元素是在两颗密度惊人的死星--中子星--发生碰撞并合并时产生的，这种碰撞和合并创造出的环境十分动荡，足以锻造出即使在最动荡的恒星中心也无法产生的元素。

芒鲍尔和研究小组发现的核裂变证据是，在某些恒星中，“轻型精密金属”（如银）和 "稀土核"（如铕）之间存在相关性。科学家们发现，当其中一组元素上升时，另一组中的相应元素也会上升。

研究小组的研究还表明，原子质量（原子核中质子和中子的数量）大于 260 的元素可能存在于中子星撞击的周围，即使只是短暂存在。这比元素周期表 "重端 "的许多元素都要重得多。

蒙波尔说：“在不同的恒星中出现这种情况的唯一合理途径是，在重元素形成过程中存在一个一致的运作过程。"这是令人难以置信的重大现象，也是宇宙中正在进行裂变的首个个证据，证实了我们几年前提出的理论。”

“我们获得了越来越多的观测数据，宇宙正在对我们说‘嘿，这里有个迹象，只可能来自裂变。’”

中子星和核裂变

中子星在大质量恒星的内在核聚变过程所需的燃料供应耗尽时产生，这意味着支撑它们抵御自身引力向内推力的能量消失了。当这些垂死恒星的外层被吹走时，质量为太阳一到两倍的恒星内核就会坍缩至大约 12 英里（20 公里）宽。

这种内核坍缩发生得很快，以至于电子和质子被迫聚集在一起，形成了密度巨大的中子星海，如果把一汤匙这种中子星 "物质 "带到地球上，其重量将超过 10 亿吨。

这些的恒星以双星配对的形式存在时，会围绕对方旋转。当它们绕着彼此旋转时会失去角动量，因为它们会在时空中发出无形的涟漪，这种涟漪被称为引力波，导致中子星最终相撞、合并。而且鉴于其极端而奇异的特性，它们能创造出非常动荡的环境并不令人意外。

最终形成的中子星合并会释放出大量的自由中子，这些中子通常与原子核中的质子结合在一起。这使这些环境中其他原子核能迅速抓住这些自由中子--该过程被称为快速中子俘获或 “r-过程”。这使得原子核变得越来越重，从而产生不稳定的超重元素。这些超重元素随后会发生裂变，分裂成金等较轻的稳定元素。

2020 年，蒙波尔预测了 r 过程产生的原子核的 "裂变碎片 "将如何分布。随后，芒鲍尔的合作者、TRIUMF 科学家尼科尔-瓦什（Nicole Vassh）计算了r过程将如何共同产生钌、铑、钯和银等轻型精密金属，以及铕、钆、镝和钬等稀土原子核。

这一预测不仅可以通过观察中子星合并来验证，还可以通过观察由r过程产生的物质富集的恒星中的元素丰度来验证。

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这项新研究观察了42颗恒星，发现了瓦什所预测的精确相关性，从而显示出比元素周期表中更重的元素裂变和衰变的明显特征，进一步证实了中子星碰撞确实能锻造比铁更重的元素。

“对于一些因r过程而增强的恒星，我们拥有足够多的数据，在这些恒星中，能发现这种高度关联性。每当自然界产生一个银原子时，它也会按比例产生更重的稀土原子核。这些元素群的构成是同步的，”蒙波尔总结道，“我们已经证明，导致这一现象的只有一种机制——那就是裂变——而人们从 20 世纪 50 年代起就一直为此绞尽脑汁。”

研究小组的研究成果发表在12月6日出版的《科学》杂志上。

BY: Robert Lea

FY: 33

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