環(huán)球微動(dòng)態(tài)丨深海中發(fā)現(xiàn)，但來源于太空，這就是稀有元素钚

通過檢測(cè)钚-244，能夠判斷恒星上的重金屬結(jié)構(gòu)。

(相關(guān)資料圖)

圖：SN2014J是近10年內(nèi)最接近超新星的恒星。研究認(rèn)為，宇宙中的重金屬便是由此類恒星爆炸產(chǎn)生。

科學(xué)家在深海地殼中檢測(cè)到放射性元素钚，這一罕見現(xiàn)象未探尋恒星中的重金屬構(gòu)成情況提供了新的線索。

一項(xiàng)研究表明，同位素钚-244或許是和超新星上的較輕金屬元素鐵-60同時(shí)出現(xiàn)在地球上的。這表明，超新星或許也能夠產(chǎn)生重金屬，盡管，其他事件如中子星合并等，也可能會(huì)形成如钚-244這樣的重金屬。

安東.沃納是澳大利亞國立大學(xué)及德國德累斯頓.羅森多夫亥姆.霍茲研究中心的核物理學(xué)家，他表示，理清重金屬元素的形成機(jī)制仍然是物理學(xué)界的三大難題之一。比鐵元素重的金屬元素里，50%左右的元素是在恒星內(nèi)核通過核聚變形成，而剩下的一半則需要借助高密度的自由中子形成。這意味著，另一半元素必須是在比超新星內(nèi)核更加爆炸性的環(huán)境中才能形成，例如發(fā)生中子星合并或者黑洞與中子星碰撞等大型事件。

沃納正與來自、澳大利亞以及的科學(xué)家開展合作研究，他希望能夠發(fā)現(xiàn)一些發(fā)生在地球上的天體事件的痕跡。當(dāng)前，他們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一些從未在地球上自然形成的放射性重金屬元素。具體而言，研究人員正在尋找钚-244元素，它是钚的一種變體，其半衰期是8060萬年，這意味钚-244元素需經(jīng)過8060萬年的放射性衰變才能消耗掉一半初始钚。在地球形成過程中，最初存在的任一钚-244元素都已衰變，因此，研究人員能夠發(fā)現(xiàn)的任一原子都是初期的外來物質(zhì)。沃納說：“我們能否發(fā)現(xiàn)地球上的钚-244元素？然后，我們會(huì)知道它是來自太空?！?/p>

稀有金屬

為了尋找稀有元素，研究人員搜集了位于太平洋5000尺（約1500米）下的地殼樣本。沃納告訴LIVE科學(xué)的工作人員，這些石塊的形成速度非常慢，一毫米的地殼便有約40萬年的歷史。此次樣本搜集工作覆蓋了過去一千萬年左右的地殼巖石。

之后，研究人員檢測(cè)了樣本以尋找在超新星上形成的地外鐵元素鐵-60及钚-244元素。他們同時(shí)發(fā)現(xiàn)了這兩種元素。

沃納表示，由于此前的研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了深海沉積物及地殼中鐵-60元素的波動(dòng)情況，因此，發(fā)現(xiàn)鐵-60并不讓人驚訝。這一發(fā)現(xiàn)證實(shí)了研究人員此前的假設(shè)，即鐵-60元素有兩個(gè)增長期，一個(gè)增長期出現(xiàn)在420萬年至5500萬年前期間，另一個(gè)增長期在700萬年前。這一金屬元素的波動(dòng)或許是受兩顆相近的超新星影響。

沃納說：“當(dāng)時(shí)發(fā)生的超新星景象肯定非常壯觀，鐵-60元素便是在那時(shí)產(chǎn)生。超新星的亮度相當(dāng)于一顆完整的月球亮度，因此即使在白天，你或許也能看到它?！?/p>

過去，研究人員缺乏足夠靈敏的探測(cè)設(shè)備來準(zhǔn)確檢測(cè)地殼上散布的極稀有金屬元素钚-244.但是，借助前沿科技與方法，當(dāng)前的研究已經(jīng)能夠做到。由于研究人員必須理清300萬年至500萬年前的地殼層，因此判斷這一地外钚元素抵達(dá)地球的時(shí)間點(diǎn)仍具難度，但是，可以發(fā)現(xiàn)的是，钚-244元素的波動(dòng)水平與鐵-60元素的波動(dòng)水平相互關(guān)聯(lián)。沃納表示：“钚-244與鐵-60的比率似乎是恒定的?！边@表明，兩者或許來自同一源頭。

在恒星中鍛造

盡管，钚-244元素與鐵-60元素可能都來自超新星，但是，仍有許多問題有待解答。沃納表示，計(jì)算模型試圖模擬超新星內(nèi)部元素形成的過程，但是，實(shí)際上很難生成重元素。最新研究中發(fā)現(xiàn)的钚-244與鐵-60的比率表明，星體爆炸后，钚-244的含量遠(yuǎn)低于鐵-60，钚-244元素可能只占元素總量中很小的部分。

沃納指出，也存在一種可能，即深海地殼中發(fā)現(xiàn)的钚-244元素并不是來自超新星。也可能是在更早期的天體事件中形成，并隨意的在深空中飄散，當(dāng)與鐵-60元素相遇后，钚-244元素由于較重的質(zhì)量而被吸引，隨后與鐵-60結(jié)合在一起。在這一情況下，兩個(gè)元素便會(huì)同時(shí)抵達(dá)地球，但是钚-244元素的形成時(shí)間相對(duì)會(huì)更早一些。

為了探索這一可能性，研究人員希望進(jìn)一步研究不同等級(jí)的半生命周期原子。半生命周期就像一個(gè)時(shí)鐘，科學(xué)家能夠借此判斷元素的生命周期范圍。例如，如果钚-244元素與另一更短半生命周期的元素同時(shí)被發(fā)現(xiàn)，那么，這便可說明，這兩者都是更加年輕的元素。同時(shí)，這也表明，超新星中產(chǎn)生的钚-244元素含量非常低，大部分钚-244元素是誕生于其他如中子星合并等事件。

研究團(tuán)隊(duì)當(dāng)前正在研究體積大10倍的地殼樣本。研究更大的地殼樣本將有助于研究人員擴(kuò)展搜尋钚-244元素的范圍，從而更加準(zhǔn)確判斷钚-244元素抵達(dá)地球的時(shí)間。

沃納說到：“這個(gè)過程中最令人驚嘆的是，你最終發(fā)現(xiàn)你所找到的6個(gè)或10個(gè)可辯別元素并不是來自地球，而是來自宇宙太空，之后，你獲得了一些關(guān)于元素來源的線索，即它們來自何處？它們何時(shí)形成？”

BY: Stephanie Pappas

FY: 秋

如有相關(guān)內(nèi)容侵權(quán)，請(qǐng)?jiān)谧髌钒l(fā)布后聯(lián)系作者刪除

轉(zhuǎn)載還請(qǐng)取得授權(quán)，并注意保持完整性和注明出處

標(biāo)簽： 研究人員 金屬元素 稀有金屬