首次!天文學家在超新星殘骸中發現氯和鉀

2025-12-09 | 來源: 大紀元 | 轉到微信 | 有0人參與評論 | 字體: 放大縮小 | 收藏 | 打印

天文學家首次在超新星殘骸仙後座A（Cassiopeia A）中發現氯和鉀這兩種比較難以捉摸的元素，它們對生命和行星的形成非常重要。

日本京都大學在12月5日發布的新聞稿中指出，“我們知道許多元素是在恒星和超新星內部產生的，然後被拋射到宇宙中，但一些關鍵元素的起源仍是個謎。”

氯和鉀都是奇數原子序元素（亦即質子數為奇數的元素），它們對生命和行星的形成至關重要。依據目前的理論模型，恒星產生的這類元素的總量約為宇宙中觀測到的十分之一。這個差異長期以來一直困擾著天文學家。

這啟發了該校和明治大學的研究人員，促使他們對超新星殘骸展開研究，以尋找這些元素的痕跡。借由日本宇宙航空研究開發機構（JAXA）於2023年發射的X射線衛星“X射線成像和光譜任務”（X-Ray Imaging and Spectroscopy Mission, XRISM），這些研究人員對仙後座A進行觀測。

他們發現了清晰的氯和鉀的X射線發射譜線，其豐度遠高於標准超新星模型的預測值。這為超新星能夠產生足夠的氯和鉀首次提供了觀測上的證據。

據美國國家航空航天局（NASA）網站報道，仙後座A是位於仙後座的一團不斷膨脹的雲氣，距離地球約11,000光年。它大致呈圓形，直徑約10光年，年齡超過340年，其中心是一顆超高密度的中子星，也就是原恒星核心的殘骸。

此前，天文學家已經利用NASA的錢德拉X射線天文台（Chandra X-ray Observatory）在仙後座A中探測到了鐵、硅、硫和其它元素的特征訊號。

針對本次研究在這個超新星殘骸發現氯和鉀，主導該研究的明治大學天文物理學家佐藤壽紀（Toshiki Sato）說：“這項發現基本上有助於說明恒星死亡與地球生命之間的關連。”

他說：“恒星在夜空中看似靜靜閃爍，但它們卻在積極地制造構成行星並孕育我們所知生命的物質。現在，由於XRISM的協助，我們對恒星何時以及如何制造那些極其重要卻又難以尋找的元素有了比較好的了解。”

NASA戈達德太空飛行中心（Goddard Space Flight Center）的XRISM項目科學家威廉姆斯（Brian Williams）說：“將XRISM的能力與其它任務的能力結合起來，可以讓科學家探測和測量這些對宇宙生命形成極其重要的稀有元素。”

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接下來，該研究團隊計劃利用XRISM觀測其它超新星殘骸，以確定氯和鉀的增量是大質量恒星的普遍現象還是仙後座A特有的現象。這將有助於揭示這種內部的混合過程是否是恒星演化的普遍特征。

氯和鉀的重要性

NASA表示，恒星會經由核反應產生宇宙中幾乎所有比氫和氦重的元素。高溫高壓會將較輕的元素（例如碳）融合成較重的元素（例如氖），在恒星內部形成類似洋蔥的物質層。

核反應也會在超新星爆炸（某些恒星在生命末期經歷的一種劇烈爆炸）事件中發生。即便經過數百年甚至數千年，超新星殘骸中元素的豐度和分布位置也能向科學家揭示恒星及其爆炸的信息。

有些元素（例如氧、碳和氖）比其它元素常見，也比較容易探測到，而且可以追溯到恒星生命中的特定階段。但另一些元素（例如氯和鉀）則比較難以捉摸。

對於這些比較稀有的元素，科學家掌握的資料較少，因此比較難模擬它們在恒星內部的形成位置，但它們在地球生命中仍扮演著重要的角色。比如說，鉀有助於我們體內細胞和肌肉的正常運作，所以天文學家對追溯其在宇宙中的起源很感興趣。

上述研究成果於12月4日發表在《自然-天文學》（Nature Astronomy）期刊上。

天文學家在超新星殘骸仙後座A發現了氯和鉀這兩種元素。此為NASA在2024年1月8日公布的仙後座A圖片。(X-ray: NASA/CXC/SAO; Optical: NASA/ESA/STScI; IR: NASA/ESA/CSA/STScI/Milisavljevic et al., NASA/JPL/CalTech; Image Processing: NASA/CXC/SAO/J. Schmidt and K. Arcand)