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当今科技生活中必不可缺的金属元素锂来自哪里?
网友【发现了】于【太平洋时间 2020-06-12 23:58:41】分享在【时代发展的印记】版块    2800    1    6

在宇宙大爆炸时期产生了宇宙中的氢、氦和一点锂。从那以后,剩下的元素,包括每个生命比如你和我所构成的物质,大部分都是由恒星锻造的。恒星是制造大部分元素的核熔岩。但说到锂,就存在着不确定性。

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一项新的研究表明,太阳系和银河系中的锂似乎白矮星有所关联,科学家认为地球上的锂元素大部分来自一种叫白矮星的恒星爆炸。

锂是元素周期表中的第三种元素,原子量为6.94。由于它的相对核不稳定,所以它不像你预期的那么丰富,而且它与元素越轻越丰富的趋势相反:它在太阳系中的丰度低于周期表前32个元素中的25个。

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这是我们太阳系周期表中前32个元素的估计丰度。尽管如此,锂有广泛的用途。它被用于医药,光学,玻璃和陶瓷,润滑脂,甚至武器。还有无处不在的锂离子电池,为各种设备和工具提供动力。

在宇宙元素来源的周期表中,锂是唯一一种通过三种不同过程产生的元素:大爆炸核合成、宇宙射线裂变和像太阳这样的低质量恒星走到生命尽头时。这三种情况就会产生锂元素。

锂的来源

下面这个周期表显示了化学元素的来源。这项新的研究表明,在我们的太阳系和银河系中,经典的白矮星爆炸已经产生了大部分的锂。

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来自华硕地球与空间探索学院的摄政教授斯塔尔菲尔德表示:“考虑到锂在耐热玻璃和陶瓷、锂电池和锂离子电池以及改变情绪的化学物质等常见用途中的重要性,很高兴知道这种元素的来源!”

于是研究小组研究了白矮星的物质。白矮星(WD)是一颗恒星的残骸,是一颗已经停止聚变的恒星,只在储存了热能的光线下发光。一个白矮星的质量通常和我们的太阳差不多,但它的体积和地球的相似。

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白矮星巨大的引力将物质从它的伴星中拉出来。当这种物质堆积在白矮星的表面时,它也会与白矮星本身的物质混合,形成一个很好的以氢为主的爆炸层。最终导致热核失控。失控的氢聚变发生在WD的表面,形成一个经典的新星爆炸结果。

那次爆炸将大量物质发射到太空中,白矮星发出明亮的闪光,亮度增加了5万倍。但与“常规”超新星不同的是,经典的新星既不摧毁白矮星,也不摧毁伴星。两者都完好无损,过程会重复。天文学家说,银河系中每年大约有50颗这样的经典新星。

但白矮星并不是单一的,它们的质量范围从低至0.17太阳质量到高达1.33太阳质量,峰值在0.5到0.7太阳质量之间。并且它们在进入新星之前从同伴那里吸积的物质,以及它们自身的物质混合也不尽相同。

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研究中的这个数字显示了1个太阳质量WD(顶部)和1.35个太阳质量WD(底部)的同位素产生,两种情况下WD物质与恒星伴生物质的比率都是25/75。研究小组模拟了不同质量的WD,并改变了WD材料与恒星伴星材料的比例。这就是锂和铍的来源。

拓展研究

斯塔尔菲尔德表示:“我们必须对对恒星轻核与重核融合并释放能量的核聚变有一定的理解,才能对恒星获得的能量进行建模。我们需要知道,在什么样的恒星条件下,我们期望原子核的可以相互作用,以及它们相互作用的产物是什么。”

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研究小组的模拟结果表明,这些经典的新星能够在喷出的气体中产生大量的Be7。Be7的半衰期很短,只有53天左右。然后它衰变为Li7,这是仅有的两种稳定的Li同位素中含量最丰富的一种。根据这项研究,我们太阳系和银河系中的锂大部分来自古代的经典新星。

这个数字与上面的数字相似,但是WD物质与恒星伴生物质的比率是50/50。当某些元素的丰度发生变化时,Be-7的过量生产与Li-7相似。

不仅如此,科学家还发现当白矮星作为一颗经典的新星爆发时,它从伴星吸积的质量并不是全部在爆炸中被摧毁或排出。随着时间的推移,一些波实际上通过连续的吸积爆炸循环变得更大。有可能其中一些波可以达到钱德拉塞卡极限,它们可以成为1A型超新星,但是有多少还不得而知。

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如果WD从它的同伴那里吸积足够的物质而不与它自己的物质混合,那就会导致许WD在新星爆炸之前吸积更多的物质。此外,如果WD在没有混合的情况下吸积物质,或者如果物质混合得太早,产生的新星爆炸不会喷射出太多物质。在这些条件下,WD的质量可以增长到足以最终成为超新星。

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当然,这种深度的研究已经超乎了我们的理解。超新星是一种复杂的现象。1A型超新星可以在不同的情况下产生,并且有不同的类型。正如科学家所提到的,关于1a型血吸虫的祖先仍然存在争论,我们对SN 1As的种群还知之甚少。但是如果他们的结果是正确的,我们至少知道经典新星是他们产生的一种方式,我们知道它背后的一些细节。但是今天,最重要的是,我们知道了锂的来源!

出处:见配图水印

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