我國科研人員深地實(shí)驗(yàn)揭示古老恒星鈣元素起源之謎

我國科研人員通過深地實(shí)驗(yàn)，揭示了宇宙中已知最古老恒星鈣元素的起源之謎。近日，相關(guān)論文刊發(fā)在了國際期刊《自然》上。

2014年，澳大利亞天文學(xué)家利用望遠(yuǎn)鏡觀測到一顆宇宙中迄今最古老的紅巨星，它誕生于大爆炸后一億年左右，由第一代恒星的超新星爆發(fā)形成的星云組成。當(dāng)時(shí)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(rèn)為，它的鈣元素可能來源于熱碳氮氧循環(huán)的突破反應(yīng)，但尚無實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)支持，導(dǎo)致當(dāng)前恒星演化模型難以解釋天文觀測數(shù)據(jù)。論文第一通訊作者、北京師范大學(xué)教授何建軍介紹，第一代恒星環(huán)境下發(fā)生的熱核反應(yīng)概率極低。在地面實(shí)驗(yàn)室由于宇宙射線本底的干擾，人們一直無法對這些反應(yīng)進(jìn)行直接測量。中國錦屏地下實(shí)驗(yàn)室，是目前世界上最深的地下實(shí)驗(yàn)室，垂直巖石覆蓋達(dá)2400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。

在世界最深的實(shí)驗(yàn)室中國錦屏地下實(shí)驗(yàn)室探索宇宙的奧秘

錦屏深地核天體物理裝置由中國原子能科學(xué)研究院柳衛(wèi)平研究員率領(lǐng)科研團(tuán)隊(duì)，聯(lián)合中科院近代物理研究所、北京師范大學(xué)、清華大學(xué)和雅礱江流域水電開發(fā)有限公司等單位于2020年底在深地建成。北京師范大學(xué)核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院的何建軍教授團(tuán)隊(duì)經(jīng)過數(shù)年準(zhǔn)備和鉆研，利用該裝置開展了對氟俘獲質(zhì)子的直接測量實(shí)驗(yàn)。最終驗(yàn)證了鈣來源于碳氮氧循環(huán)的突破反應(yīng)這一假說，成功解釋了古老恒星鈣元素的起源問題，強(qiáng)有力地支持了第一代恒星的弱超新星爆演化模型，并將為詹姆斯·韋布望遠(yuǎn)鏡未來觀測提供可靠的數(shù)據(jù)。

《自然》審稿人認(rèn)為這是一個(gè)巨大的實(shí)驗(yàn)成功，這為未來的核天體物理學(xué)研究提供了新途徑。這項(xiàng)研究結(jié)果會(huì)引起核天體物理學(xué)界的強(qiáng)烈興趣，包括實(shí)驗(yàn)物理學(xué)、恒星建模以及觀測等。