元素的起源
2015年國際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)（IUPAC）確認(rèn)了第118號(hào)元素的發(fā)現(xiàn),，美國和俄羅斯的科學(xué)家通過設(shè)在俄羅斯杜布納的U400回旋加速器實(shí)驗(yàn)設(shè)備,，兩次將高速鈣-40離子加速,，用來轟擊人造元素锎-249,，從而制造出3顆新原子。每顆新原子的原子核包含118個(gè)質(zhì)子和179個(gè)中子,，它是人類合成的最重元素,。研究人員將第118號(hào)元素命名為oganesson（縮寫Og），用來向極重元素合成先驅(qū)者,、俄羅斯物理學(xué)家尤里·奧加涅相致敬,。作為元素工廠里面的生產(chǎn)線，這臺(tái)回旋加速器生成出來的新元素少得可憐,，只有3個(gè)原子,，而這3個(gè)原子在不到萬分之一秒的時(shí)間里就消失了。
與加速器類似,，宇宙射線在轟擊其它原子時(shí)也能形成一些元素,。當(dāng)質(zhì)子宇宙射線以接近光速的速度撞擊碳或者氧原子時(shí)，它們攜帶的能量足以讓原子分裂,，這會(huì)形成硼,、鈹?shù)雀「p的元素,。宇宙射線裂變產(chǎn)生的其它元素所占比重不高，但幾乎所有硼和鈹都通過這種方式形成,。
宇宙大爆炸
那么宇宙中的其它主要的物質(zhì)都是怎么生產(chǎn)出來的呢,？我們就要看看宇宙元素生產(chǎn)工廠的其他生產(chǎn)線了。這里面最大的一條生產(chǎn)線就是宇宙大爆炸,。根據(jù)大爆炸理論,，宇宙起源于一個(gè)無體積，且能量和密度極大的奇點(diǎn),，奇點(diǎn)經(jīng)過一次爆炸之后逐漸膨脹，最終形成現(xiàn)在的宇宙,。大爆炸之后100秒以內(nèi),，第一批元素的原子核誕生了，它們就是氫和氦的原子核以及極少數(shù)的鋰,，其中氫占了大約3/4,，氦占了大約1/4，它們是宇宙元素工廠的原材料,。雖然這個(gè)最大的生產(chǎn)線停產(chǎn)了137億年,，不過它的產(chǎn)品決定了宇宙中物質(zhì)的組成以及今后的演化。
大爆炸之后4億年過去了,，新的元素生產(chǎn)線-恒星誕生了,。氫和氦的氣體星云在引力作用下聚集成團(tuán)，內(nèi)部壓力逐漸增大,，溫度上升,，最終在高溫高壓下，氫核聚變被引發(fā)了,， 4 個(gè)質(zhì)子合成為1 個(gè)氦核,，并產(chǎn)生兩個(gè)正電子和兩個(gè)中微子，恒星被點(diǎn)亮了,。初代恒星起始階段是氫核聚變,，產(chǎn)生了氦原子核，這時(shí)并沒有新元素產(chǎn)生,，恒星的聚變輻射光壓與本身引力達(dá)到平衡,，恒星就開始了漫長的穩(wěn)定發(fā)光發(fā)熱階段。隨著恒星氫元素逐漸耗盡,，輻射光壓減少,，引力讓星球進(jìn)一步壓縮，壓力溫度進(jìn)一步升高,，從而引發(fā)了氦核的聚變,，3個(gè)氦核聚變成碳原子核,，這是宇宙元素工廠第一次利用原材料生產(chǎn)出來新的元素。隨后,，恒星繼續(xù)元素生產(chǎn),，當(dāng)氦消耗殆盡的時(shí)候，引力繼續(xù)壓縮恒星,，引發(fā)了碳聚變?nèi)紵?，合成了氖。如果恒星質(zhì)量足夠大,，那么它將依次經(jīng)歷氖燃燒,、氧燃燒、硅燃燒,，產(chǎn)生一系列元素,，直至鐵。由于鐵與鐵的聚變反應(yīng)是吸熱反應(yīng),，不能放出能量與引力進(jìn)行對(duì)抗,，核心反應(yīng)堆停止了核能的產(chǎn)生，恒星內(nèi)部核燃燒熄滅,。當(dāng)恒星質(zhì)量較小的時(shí)候,，它會(huì)停留在氦或者碳燃燒階段，星體膨脹成一顆紅巨星,，紅巨星的體積可達(dá)到太陽的1000倍,，外層氣體膨脹并最終被拋離出星體，同時(shí)將氦燃燒形成碳和氧,、錫,、鉛等元素拋入星際空間，內(nèi)核最終形成一個(gè)白矮星,，原子被引力緊密地壓縮在一起,，與電子簡并力達(dá)成平衡，孤獨(dú)在宇宙中懸浮,。
超新星爆發(fā)
當(dāng)恒星質(zhì)量大于10個(gè)太陽質(zhì)量時(shí),，恒星中電子簡并力不能阻擋引力，電子被壓進(jìn)了原子核,，與質(zhì)子結(jié)合形成中子,，核外電子的消失導(dǎo)致恒星核心的塌縮，外殼層物質(zhì)以自由落體的形式砸向塌縮的核心,，引起劇烈爆炸,，恒星演化成(II 型)超新星。一個(gè)新的宇宙元素生產(chǎn)線產(chǎn)生了,，這就是超新星爆炸,。前面所說的密度極高的白矮星如果與另一顆恒星的距離足夠近,，便會(huì)吸取鄰居恒星的氫。隨著時(shí)間推移,，白矮星質(zhì)量不斷增加,，當(dāng)超過了錢德拉塞卡極限時(shí)，也會(huì)形成Ia型超新星爆炸并向星際空間拋射出大量元素物質(zhì),。這兩種超能新星爆發(fā),，生產(chǎn)出來了大量的重元素。在幾秒鐘的時(shí)間內(nèi),，超新星會(huì)釋放出巨大的能量,，沖擊波將核心附近殼層中的原子核打碎成質(zhì)子和中子，等沖擊波過后,，這些質(zhì)子和中子重新組合成新的原子核,。1957 年，Burbidge 夫婦,、Fowler 和Hoyle以及Cameron提出重元素主要由種子核(例如鐵-56)通過一系列中子俘獲反應(yīng)和β衰變產(chǎn)生。如果中子俘獲反應(yīng)速率遠(yuǎn)低于β衰變速率,，稱為慢速中子俘獲過程(s-過程),；反之，稱為快速中子俘獲過程(r-過程),。s-過程產(chǎn)生近一半從鐵到鉍的重元素,；r-過程產(chǎn)生另一半從鐵到鉍的重元素，以及釷和鈾,。
雙中子星合并
近些年,，隨著激光干涉儀引力波天文臺(tái)的投入使用，一個(gè)新的元素生產(chǎn)線被觀測(cè)到了,，那就是雙中子星合并,。2017年8月17日，激光干涉引力波天文臺(tái)LIGO和Virgo 同時(shí)探測(cè)到首例由雙中子星并合產(chǎn)生的引力波信號(hào),。大約在引力波信號(hào)之后1.74s,，F(xiàn)ermi衛(wèi)星上的伽馬射線暴監(jiān)測(cè)器(GBM)在同一天區(qū)探測(cè)到了一個(gè)持續(xù)時(shí)間約為2s 的短伽馬射線暴GRB170817A，在引力波事件約10 小時(shí)后,，南半球許多不同的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡均觀測(cè)到雙中子星合并在其他波段上的輻射,，9 天之后在X射線以及射電波段人們又觀測(cè)到伽馬暴余輝。這是人類首次觀測(cè)到引力波的多種電磁對(duì)應(yīng)體,。ESO甚大望遠(yuǎn)鏡（VLT）的X-shooter儀拍攝了從紫外線到近紅外光的各種光譜,，對(duì)這些光譜的初步分析表明，這次事件確實(shí)創(chuàng)造出新的重元素,，但直到現(xiàn)在,，天文學(xué)家才鑒定出其中一個(gè)重元素的身份：原子序數(shù)38的鍶（Strontium,，化學(xué)符號(hào)Sr）。其實(shí)在光譜中,，不僅有鍶,，還可能有釕（ru）、鋇（Ba）,、碲（Te）,，甚至金（Au）和鉑（Pt）等元素，只是由于它們的譜線并不是非常顯著,，科學(xué)家還不能確定其真實(shí)存在,。
從宇宙大爆炸開始，到恒星的演化,，中子星的激烈碰撞,，產(chǎn)生了構(gòu)成我們的身體、我們的地球以及我們所處的世界的全部物質(zhì),。當(dāng)我們仰望星空,，會(huì)不會(huì)感覺與整個(gè)宇宙融為了一體呢？
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