華科學家揭古老恒星鈣起源

    宇宙中的第一批恒星非常熱，非常大，經常達到太陽品質的數百倍。因為它們在大爆炸發生後僅僅幾億年就形成了，這些沸騰的龐然大物幾乎沒有比氫和氦更重的元素，而氫和氦是當時唯一可用的材料。但是由於它們的巨大身軀，第一批恒星也生存得很快，死亡也很艱難——在它們爆炸成為強大的超新星之前，它只持續了幾百萬年。中國科研團隊日前發佈消息稱，科研人員通過深地實驗，揭示了宇宙中已知最古老恒星鈣元素的起源之謎。

    據了解，二○一四年，澳大利亞天文學家利用望遠鏡觀測到一顆宇宙中迄今最古老的紅巨星，它誕生於大爆炸後一億年左右，由第一代恒星的超新星爆發形成的星雲組成。當時觀測到了鋰、碳、鎂和鈣元素，其中鈣元素起源問題一直成謎。

    天體理論認為，它的鈣元素可能來源於熱碳氮氧循環的突破反應，但尚無實驗數據支持，導致當前恒星演化模型難以解釋天文觀測數據。科研團隊成員、北京師範大學教授何建軍介紹，第一代恒星環境下發生的熱核反應概率極低。在地面實驗室由於宇宙射線本底的干擾，人們一直無法對這些反應進行直接測量。中國錦屏地下實驗室，是目前世界上最深的地下實驗室，垂直岩石覆蓋達二千四百米，可將宇宙射線通量降到地面水平的千萬分之一至億分之一。

    錦屏深地核天體物理裝置由中國原子能科學研究院柳衛平研究員率領科研團隊，聯合中科院近代物理研究所等單位於二○二○年底在深地建成。北京師範大學核科學與技術學院的何建軍教授團隊經過數年準備和鑽研，利用該裝置開展了對氟俘獲質子的直接測量實驗。最終驗證了鈣來源於碳氮氧循環的突破反應這一假說，成功解釋了古老恒星鈣元素的起源問題，強有力地支持了第一代恒星的弱超新星爆演化模型，並將為詹姆斯·韋布望遠鏡未來觀測提供可靠的數據。詹姆斯·韋布空間望遠鏡是美國太空總署、歐洲航天局和加拿大航空航天局聯合研發的紅外線觀測用太空望遠鏡，為哈勃空間望遠鏡的繼任者，於二○二一年十二月廿五日發射升空，去年一月廿四日順利進入圍繞日地系統第二拉格朗日點的運行軌道。

    對於錦屏深地核天體物理裝置解釋了古老恒星鈣元素的起源問題，天文學者認為，這是一個巨大的實驗成功，這為未來的核天體物理學研究提供了新途徑。

    這項研究結果會引起核天體物理學界的強烈興趣，包括實驗物理學、恒星建模以及觀測等。

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