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我国科研人员深地实验揭示古老恒星钙元素起源之谜

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我国科研人员通过深地实验,揭示了宇宙中已知最古老恒星钙元素的起源之谜。近日,相关论文刊发在了国际期刊《自然》上。

2014年,澳大利亚天文学家利用望远镜观测到一颗宇宙中迄今最古老的红巨星,它诞生于大爆炸后一亿年左右,由第一代恒星的超新星爆发形成的星云组成。当时观测到了锂、碳、镁和钙元素,其中钙元素起源问题一直成谜。

天体理论认为,它的钙元素可能来源于热碳氮氧循环的突破反应,但尚无实验数据支持,导致当前恒星演化模型难以解释天文观测数据。论文第一通讯作者、北京师范大学教授何建军介绍,第一代恒星环境下发生的热核反应概率极低。在地面实验室由于宇宙射线本底的干扰,人们一直无法对这些反应进行直接测量。中国锦屏地下实验室,是目前世界上最深的地下实验室,垂直岩石覆盖达2400米,可将宇宙射线通量降到地面水平的千万分之一至亿分之一。

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△在世界最深的实验室中国锦屏地下实验室探索宇宙的奥秘

锦屏深地核天体物理装置由中国原子能科学研究院柳卫平研究员率领科研团队,联合中科院近代物理研究所、北京师范大学、清华大学和雅砻江流域水电开发有限公司等单位于2020年底在深地建成。北京师范大学核科学与技术学院的何建军教授团队经过数年准备和钻研,利用该装置开展了对氟俘获质子的直接测量实验。最终验证了钙来源于碳氮氧循环的突破反应这一假说,成功解释了古老恒星钙元素的起源问题,强有力地支持了第一代恒星的弱超新星爆演化模型,并将为詹姆斯·韦布望远镜未来观测提供可靠的数据。

《自然》审稿人认为这是一个巨大的实验成功,这为未来的核天体物理学研究提供了新途径。这项研究结果会引起核天体物理学界的强烈兴趣,包括实验物理学、恒星建模以及观测等。

(总台央视记者 许浒 王新琦)

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