全球热点！深海中发现，但来源于太空，这就是稀有元素钚

2022-10-23 16:09:49 来源：科普中国

通过检测钚-244，能够判断恒星上的重金属结构。

【资料图】

图：SN2014J是近10年内最接近超新星的恒星。研究认为，宇宙中的重金属便是由此类恒星爆炸产生。

科学家在深海地壳中检测到放射性元素钚，这一罕见现象未探寻恒星中的重金属构成情况提供了新的线索。

一项研究表明，同位素钚-244或许是和超新星上的较轻金属元素铁-60同时出现在地球上的。这表明，超新星或许也能够产生重金属，尽管，其他事件如中子星合并等，也可能会形成如钚-244这样的重金属。

安东.沃纳是澳大利亚国立大学及德国德累斯顿.罗森多夫亥姆.霍兹研究中心的核物理学家，他表示，理清重金属元素的形成机制仍然是物理学界的三大难题之一。比铁元素重的金属元素里，50%左右的元素是在恒星内核通过核聚变形成，而剩下的一半则需要借助高密度的自由中子形成。这意味着，另一半元素必须是在比超新星内核更加爆炸性的环境中才能形成，例如发生中子星合并或者黑洞与中子星碰撞等大型事件。

沃纳正与来自、澳大利亚以及的科学家开展合作研究，他希望能够发现一些发生在地球上的天体事件的痕迹。当前，他们已经发现了一些从未在地球上自然形成的放射性重金属元素。具体而言，研究人员正在寻找钚-244元素，它是钚的一种变体，其半衰期是8060万年，这意味钚-244元素需经过8060万年的放射性衰变才能消耗掉一半初始钚。在地球形成过程中，最初存在的任一钚-244元素都已衰变，因此，研究人员能够发现的任一原子都是初期的外来物质。沃纳说：“我们能否发现地球上的钚-244元素？然后，我们会知道它是来自太空。”

稀有金属

为了寻找稀有元素，研究人员搜集了位于太平洋5000尺（约1500米）下的地壳样本。沃纳告诉LIVE科学的工作人员，这些石块的形成速度非常慢，一毫米的地壳便有约40万年的历史。此次样本搜集工作覆盖了过去一千万年左右的地壳岩石。

之后，研究人员检测了样本以寻找在超新星上形成的地外铁元素铁-60及钚-244元素。他们同时发现了这两种元素。

沃纳表示，由于此前的研究已经发现了深海沉积物及地壳中铁-60元素的波动情况，因此，发现铁-60并不让人惊讶。这一发现证实了研究人员此前的假设，即铁-60元素有两个增长期，一个增长期出现在420万年至5500万年前期间，另一个增长期在700万年前。这一金属元素的波动或许是受两颗相近的超新星影响。

沃纳说：“当时发生的超新星景象肯定非常壮观，铁-60元素便是在那时产生。超新星的亮度相当于一颗完整的月球亮度，因此即使在白天，你或许也能看到它。”

过去，研究人员缺乏足够灵敏的探测设备来准确检测地壳上散布的极稀有金属元素钚-244.但是，借助前沿科技与方法，当前的研究已经能够做到。由于研究人员必须理清300万年至500万年前的地壳层，因此判断这一地外钚元素抵达地球的时间点仍具难度，但是，可以发现的是，钚-244元素的波动水平与铁-60元素的波动水平相互关联。沃纳表示：“钚-244与铁-60的比率似乎是恒定的。”这表明，两者或许来自同一源头。

在恒星中锻造

尽管，钚-244元素与铁-60元素可能都来自超新星，但是，仍有许多问题有待解答。沃纳表示，计算模型试图模拟超新星内部元素形成的过程，但是，实际上很难生成重元素。最新研究中发现的钚-244与铁-60的比率表明，星体爆炸后，钚-244的含量远低于铁-60，钚-244元素可能只占元素总量中很小的部分。

沃纳指出，也存在一种可能，即深海地壳中发现的钚-244元素并不是来自超新星。也可能是在更早期的天体事件中形成，并随意的在深空中飘散，当与铁-60元素相遇后，钚-244元素由于较重的质量而被吸引，随后与铁-60结合在一起。在这一情况下，两个元素便会同时抵达地球，但是钚-244元素的形成时间相对会更早一些。

为了探索这一可能性，研究人员希望进一步研究不同等级的半生命周期原子。半生命周期就像一个时钟，科学家能够借此判断元素的生命周期范围。例如，如果钚-244元素与另一更短半生命周期的元素同时被发现，那么，这便可说明，这两者都是更加年轻的元素。同时，这也表明，超新星中产生的钚-244元素含量非常低，大部分钚-244元素是诞生于其他如中子星合并等事件。

研究团队当前正在研究体积大10倍的地壳样本。研究更大的地壳样本将有助于研究人员扩展搜寻钚-244元素的范围，从而更加准确判断钚-244元素抵达地球的时间。

沃纳说到：“这个过程中最令人惊叹的是，你最终发现你所找到的6个或10个可辩别元素并不是来自地球，而是来自宇宙太空，之后，你获得了一些关于元素来源的线索，即它们来自何处？它们何时形成？”

BY: Stephanie Pappas

FY: 秋

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关键词：研究人员金属元素澳大利亚