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2017年諾獎得主巴里•巴里什:地球上的重金屬來源於中子星爆炸


- 2018年5月14日18時53分
- 科學文摘 / 科壇春秋

科壇春秋

昨天,第二屆「復旦-中植科學獎」頒獎典禮暨第三屆「復旦科技創新論壇」在上海開幕。世界一流科學家齊聚一堂,論道全球科技前沿和創新趨勢。

今年「復旦-中植科學獎」頒獎典禮格外引人注目,因為它在10月份諾貝爾物理學獎頒獎前的7月份就把獲獎人名單公布,雷納·韋斯(Rainer Weiss)、基普·索恩(KipStephen Thorne)和巴里•巴里什(Barry Clark Barish)三位大科學家榜上有名。每位獲獎者將獲得證書與獎盃,並共享由中植企業集團捐贈的3,000,000人民幣獎金。

可以這麼說,復旦-中植科學獎已經成為了諾獎的風向標。


春秋君昨天也在現場,三位大科學家發表聯合報告《LIGO與引力波的發現》。

但是春秋君最感興趣的是巴里•巴里什(Barry Clark Barish)在其發言中提到的一個話題,那就是最近的引力波探測到了中子星之間的碰撞和爆炸,而這個現象解釋了我們困擾已久的問題,那就是地球上的重金屬如何出現在地球上的,比如說黃金、鉑金,這種非常重的元素,是如何被製造出來的?

巴里•巴里什教授說,宇宙當中充滿了氫氣,我們知道核質變的過程,最終產生的是鐵。

春秋君科普下,核質變就是原子核的變化,我們知道化學元素的區別都是和原子核中質子數量和中子數量有關,不同的質子數量和中子數量會形成不同化學元素。比如鐵元素,原子序數是26,金元素,原子序數是79。

一般來說,質子數=核電荷數=核外電子數=原子序數;質子數+中子數≈相對原子質量。但是原子中的質子數不一定等於其中的中子數。

那麼元素的核質變是如何形成的呢?它們如何從一種元素突然變成了另一種元素呢?巴里•巴里什教授說,原因是中子星的合併和中子星的爆炸,產生一批超重金屬。所以很有可能,地球上的這些重金屬和超重金屬,都是來自中子星合併或者爆炸的產物。


那麼,什麼是中子星呢?中子星是恆星末期形成的產物之一。

我們知道恆星一直在進行核聚變反應,核聚變一般是指將較輕的原子核(比如氫氣的同位素氘和氚)結合成較重原子核(例如氦)時放出的巨大能量。氫氣反應得差不多了,恆星就要走向死亡了。

恆星的命運具體是這樣的:

質量小的恆星(小於0.5倍太陽質量)會耗盡燃料形成紅矮星。

圖為紅矮星

質量中等的恆星(0.5到3.4倍太陽質量)會外殼向外膨脹,核心向內壓縮變成紅巨星,它把外層拋射出去形成行星狀星雲,中心留下的核心逐漸冷卻,成為白矮星,最後漸漸失去光亮,變成一顆黑矮星。

圖為黑矮星

質量大的恆星(大於3.4倍太陽質量)會外殼膨脹,核心被引力壓縮,成為紅超巨星,接著發生超新星爆發,核心災難性的大坍縮,外殼物質被拋向四面八方,核心最終形成緻密星。

2017年諾獎得主巴里•巴里什:地球上的重金屬來源於中子星爆炸圖片

圖為緻密星

在這個過程中,如果坍縮的核心質量大於1.44倍太陽質量,小於3.2倍太陽質量的恆星演化成中子星; 坍縮的核心質量超過3.2倍太陽倍質量恆星無限坍縮下去演化成黑洞。

2017年諾獎得主巴里•巴里什:地球上的重金屬來源於中子星爆炸圖片

圖為中子星

圖為黑洞

春秋君現場採訪了一位科學家,他說中子星發生合併和爆炸時,大量的中子被拋到了太空中,所以元素就發生了核質變。貴金屬由此誕生。


你真的無法想像,地球上價格昂貴的這些貴金屬居然都來自中子星的爆炸。

宇宙真的還有很多秘密等待我們去破解,很多出乎意料的結果將不斷出現在我們面前。

2017年諾獎得主巴里•巴里什:地球上的重金屬來源於中子星爆炸圖片

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