元素週期表上重元素的起源是物理學最具挑戰性問題之一。最近，洛斯阿拉莫斯國家實驗室團隊新研究鎖定包圍坍縮恆星的物質「繭」，表明在高能光子噴流作用下，坍縮的恆星外層會被溶解成中子，從而引起一系列物理過程並導致重元素形成。
創造鈾（uranium）、鈽（Plutonium）等重元素需要極端條件，宇宙約一半重元素透過罕見的「快中子捕獲過程（R 過程）」形成，這些過程需大量中子參與，但自由中子半衰期約 15 分鐘，嚴重限制重元素形成所需豐度。
為解開這道謎題，洛斯阿拉莫斯國家實驗室團隊提出種新現象，即這些中子並非一開始便存在，而是於恆星內部塌縮過程動態生成。
隨著核心燃料用完，一顆大質量恆星無法再抵抗自身重力，進入死亡階段開始塌縮，於中心形成一個黑洞。若黑洞轉得夠快，則強大重力場會引發強大噴流，並於恆星周圍形成熱「繭」，隨後交互反應產生大量光子，其中一些能量極高。
研究探討了高能光子如何將恆星外層轉化為中子，在噴流與恆星材料交界處，高能光子可與原子核相互作用，將質子傳遞至中子；原子核也可以溶解在單個核子，從而產生更多自由中子引發 R 過程，團隊計算表明，與高能光子和物質的相互作用可能在奈秒之間產生中子。
除了理解重元素從何形成、確認宇宙重元素工廠在哪，新理論框架還有助解決中子遷移（neutron transport）、多物理場（Multiphysics simulation）等關鍵現象，可能也有助解釋千新星（kilonova）起源。
團隊希望接下來能對模型進行模擬，以進一步驗證新框架有效性。
（首圖來源：pixabay）
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