来自磁化恒星的耀斑可以锻造行星价值的黄金
在这位艺术家的概念中，磁星被描绘为在太空中失去物质，从而导致其旋转速度减慢。磁星的强扭曲磁场线（以绿色显示）会影响来自该物体的带电物质的流动，这是一种中子星。来源：美国国家航空航天局/喷气推进实验室加州理工学院
（蜘蛛网eeook.com）据西蒙斯基金会（作者：Mara Johnson Groh）：天文学家发现了一个以前未知的宇宙中一些最稀有元素的诞生地：一颗超磁化恒星释放的巨大耀斑。天文学家计算出，这种耀斑可能导致我们银河系中高达10%的金、铂和其他重元素的形成。
这一发现还解开了一个长达数十年的谜团，即2004年12月太空望远镜发现的明亮闪光和粒子。光来自一颗磁星——一种被磁场包裹的恒星，磁场强度是地球的数万亿倍——它释放了一个巨大的耀斑。
强大的辐射爆发只持续了几秒钟，但它释放的能量比太阳在100万年内释放的能量还多。虽然耀斑的起源很快被确定，但来自恒星的第二个较小的信号在10分钟后达到峰值，这让当时的科学家感到困惑。20年来，这个信号一直无法解释。
现在，纽约市Flatiron研究所计算天体物理中心（CCA）的天文学家的一项新发现表明，无法解释的较小信号标志着金和铂等重元素的罕见诞生。除了确认这些元素的另一个来源外，天文学家估计，仅2004年的耀斑就产生了相当于地球质量三分之一的重金属。他们在4月29日发表在《天体物理学杂志快报》上的一篇论文中报告了他们的发现。
“这真的是我们第二次直接看到这些元素在哪里形成的证据，”该研究的合著者、哥伦比亚大学教授、CCA的高级研究科学家Brian Metzger说，第一次是中子星合并。“这是我们对重元素生产理解的重大飞跃。”
我们今天所知道和喜爱的大多数元素并不总是存在的。氢、氦和少量锂是在大爆炸中形成的，但几乎所有其他物质都是恒星在生命中或暴力死亡时制造的。虽然科学家们彻底了解了较轻元素的制造地点和方式，但许多最重的富中子元素（比铁重的元素）的生产地点仍然不完整。
这些元素，包括铀和锶，是在一系列被称为快速中子捕获过程或r过程的核反应中产生的。这个过程需要过量的自由中子——这只能在极端环境中找到。因此，天文学家预计，超新星或中子星合并产生的极端环境是最有前景的潜在r过程场所。
直到2017年，天文学家才在观测到两颗中子星碰撞时确认了r过程的位置。这些恒星是前恒星巨星的坍缩残骸，由密集的中子汤组成，一汤匙中子的重量超过10亿吨。2017年的观测表明，其中两颗恒星的灾难性碰撞创造了形成r过程元素所需的富中子环境。
磁星如何产生重元素的图形描述。来源：Lucy Reading-Ikkanda/西蒙斯基金会
然而，天文学家意识到，仅凭这些罕见的碰撞并不能解释我们今天看到的所有r过程产生的元素。一些人怀疑磁星（高度磁化的中子星）也可能是一个来源。
Metzger及其同事在2024年计算出，巨大的耀斑可以将磁星地壳中的物质喷射到太空中，在那里可以形成r-process元素。
哥伦比亚大学博士生、这项新研究的主要作者Anirudh Patel说：“想到我们周围的一些重金属，比如手机和电脑中的贵金属，都是在这些疯狂的极端环境中产生的，这真是令人难以置信。”。
该小组的计算表明，这些巨大的耀斑会产生不稳定的重放射性核，这些核会衰变成稳定的元素，如金。随着放射性元素的衰变，除了产生新元素外，它们还会发出光芒。
该小组还在2024年计算出，放射性衰变产生的辉光将以伽马射线爆发的形式可见，这是一种高能光。当他们与观测伽马射线的天文学家讨论他们的发现时，该小组了解到，事实上，几十年前就已经看到了一个从未被解释过的信号。由于磁星活动研究和重元素合成科学之间几乎没有重叠，因此以前没有人提出元素产生是信号的原因。
梅泽尔说：“多年来，这件事有点被遗忘了。”。“但我们很快意识到，我们的模型非常适合它。”
在这篇新论文中，天文学家利用2004年事件的观测结果估计，耀斑产生了200万亿公斤重元素（大致相当于火星的质量）。由此，他们估计，今天我们银河系中所有r-process元素中有1%到10%是在这些巨大的耀斑中产生的。其余的可能来自中子星合并，但由于只有一次磁星巨型耀斑和一次合并被记录在案，很难知道确切的百分比，或者这是否就是整个故事。
梅泽尔说：“我们不能排除可能存在第三或第四个我们还没有看到的地点。”
帕特尔补充道：“这些巨大耀斑的有趣之处在于，它们可能发生在银河系历史的早期。”。“磁星巨型耀斑可能是我们遇到的一个问题的解决方案，在年轻星系中看到的重元素比仅由中子星碰撞产生的要多。”
为了缩小百分比，需要观测更多的磁星巨型耀斑。将于2027年发射的美国宇航局康普顿光谱仪和成像仪任务等望远镜将有助于更好地捕捉这些信号。大型磁星耀斑似乎每隔几十年在银河系发生一次，在可见宇宙中大约每年发生一次——但诀窍是及时捕捉到它。
梅泽尔说：“一旦检测到伽马射线爆发，你必须在10到15分钟内用紫外望远镜对准源头，才能看到信号的峰值，并确认那里有r过程元素。”。“这将是一场有趣的追逐。”
