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    来源:weili2009.cn梧州日报
2019-11-8

  当你凝视玻璃杯或走在沙滩上时是否会联想到这些材料跟恒星的死亡有关?

  近日一个国际科学家团队表示他们已经发现离地球数十亿光年的两个超新星的残余物中包含玻璃的主要成分二氧化硅。研究人员使用美国国家航空航天局的斯皮策太空望远镜来分析垂死恒星发出的光获得了二氧化硅的“指纹”。

  宇宙中所有重元素的熔炉

  “这是我们首次证明超新星爆发产生的二氧化硅足以对整个宇宙中的尘埃产生影响。”英国卡迪夫大学物理与天文学院的海莉·戈麦斯(Haley Gomez)表示。

  实际上地球上大部分自然元素都与超新星爆发过程有关。为什么这是第一次证实超新星产生的硅元素足够成为宇宙尘埃中硅元素的来源呢?中国科学院国家天文台研究员邓李才告诉科技日报记者:“从理论上来讲科学家很早就知道超新星爆发能够产生硅元素而本次研究的突破主要是在观测层面进行了证实。”

  “恒星是宇宙中所有重元素的熔炉。”邓李才解释道宇宙大爆炸初期的主要成分是氢与氦氢约占80%氦约占20%。在恒星演化过程中氢最先燃烧氢燃烧完以后再点燃氦氦燃烧的过程中会产生碳与氧。“碳氧燃烧的过程就会产生硅、钙、镁等元素这些元素也会燃烧不过需要更高的温度。”

  这种先后燃烧的机制跟恒星的温度分布有关恒星中央温度最高。“就像洋葱一样一层一层燃烧它可以确保恒星内部结构的平衡。”邓李才告诉记者。

  在“洋葱”中有两层与硅元素的产生有关。一层是硅自身的燃烧一层是产生硅元素的燃烧过程。邓李才说:“假如这两个燃烧过程在超新星爆发前还未结束其中的硅元素就会在超新星爆发时被抛射到宇宙之中。”

  除了氢与氦氧也很活跃遇到硅之后就形成了二氧化硅。而二氧化硅是制造玻璃与形成尘埃的主要成分。假如遇到合适的条件尘埃就会冷却聚集慢慢变大最后变成第二代及以后的恒星或行星比如地球。“在宇宙中这个过程非常普遍。”邓李才表示。二氧化硅约占地壳的60%。从某种程度上讲地球上的二氧化硅是远古恒星的“遗物”。

  在观测中逐步验证理论预言

  硅元素在恒星演化中生成这一观点的理论解释已经比较成熟但观测起来有困难。“因为观测时需要这种恒星是大质量恒星质量至少是8个太阳质量甚至到超过100个太阳质量。”

  大质量恒星演化晚期元素合成至铁后内部将不再通过热核反应产生新能量巨大的引力使整个星体迅速向中心坍缩。一种结局是将中心物质都压成中子状态形成中子星质量更大的核心甚至塌缩成为黑洞。

  大质量恒星都是以爆发为Ⅱ型超新星结束它们的一生。邓李才告诉记者一般而言大质量恒星超新星爆炸会把大部分或者全部物质抛射进入太空最终留下中子星或黑洞具体情况视恒星的初始质量与物理状态而定。

  但是大质量恒星在宇宙中很少。“宇宙中大多数恒星爆发为Ⅰa型超新星它们的前身是双星中的小质量恒星原因是小质量恒星在形成时就比大质量恒星比例高。在超新星爆炸时小质量恒星(比如双星系统中的白矮星)跟大质量恒星抛出去的物质并不一样。这就给观测硅元素的诞生带来难度。”邓李才说。

  其实这就好比探测暗物质。邓李才说:“理论上来看宇宙中存在暗物质但我们还无法探测到。也许暗物质的相互作用会发出某种辐射科学家们常常通过探测理论预言的辐射去探测暗物质。”

  观测硅元素也是如此。“理论上讲通过恒星演化可以预测硅的产生甚至可以预言硅的产量。而这次研究观测到超新星遗迹中的硅元素是对以往理论的证明。”邓李才告诉记者宇宙中有很多不确定性通过观测可以有新发现也可以排除一些理论假说。

  需要注意的是恒星爆炸并不是直接产生玻璃而是产生制造玻璃的材料。“当我们沿着人行道走或踏上沙滩都在与数百万年前燃烧的爆炸恒星制成的材料相互作用。”海莉·戈麦斯说。(代小佩)

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宁夏大学国学科普夏令营:在〖红楼梦〗中探寻化学

  学生用纸浆与明矾制作宣纸。 李佩珊 摄

  中新网银川7月10日电 (于翔李佩珊)“我非常喜欢看〖红楼梦〗但把书里的情节与化学实验结合起来还是第一次感觉非常神奇。”7月10日上午由宁夏大学主办的“国学中的美好化学”——中学生科普夏令营正式开营银川十六中初二学生周子祯谈及感受时连连称奇。

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  经过十几分钟的实验一张花笺纸已制作成功。 李佩珊 摄

  记者走进实验室看到学生们分成两组正在制作宣纸与颜料。不一会儿一张张成型的宣纸已经制作成功。当天的夏令营活动中发起者徐琳通过分享〖红楼梦〗故事情节揭示其中所蕴藏的化学奥秘不仅带着学生们制作纸张、颜料、肥皂、蜡烛等生活常见物品还将焰色反应、检验乙醇与水中花园等实验穿插进来让学生们近差距接触真正的化学课堂。看着自我亲手制作而成的物品学生们十分兴奋。“没有想到平时在超市里看到的东西我都能亲手做出来化学真是太有意思啦。”学生李鸿羽告诉记者。

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  学生用石黄与石青制作颜料。 李佩珊 摄

  “我读〖红楼梦〗不下十遍后来偶尔的机会发现这里面好多情节都与化学知识息息相关。比如第四十二回中惜春要作画但手头只有赭石、广花、藤黄与胭脂这四样颜色宝钗建议用柳条、石黄、石青等十几种物品研磨出新的颜色。”徐琳说“这让我突然想起了化学实验中的变色反应再加上利用明矾制作宣纸这些简单的实验一定会让学生们感兴趣所以我与四名本科生组成了大学生创新创业课堂自我准备了教程、课本与实验器材利用暑假时间与初二学生进行课堂互动想以国学知识为背景以现代化学知识与小实验为穿插提前给孩子们上一堂中学化学课。”

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  学生用朱砂制作胭脂。 李佩珊 摄

  银川十六中的化学老师仇云霞全程参与了这次科普夏令营在接受记者采访时表示:“第一次与学生参加这样的夏令营没想到大家热情这么高。以后我们也会尝试采取多种方式培养孩子们对课程的兴趣。”

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