天文学家首次在超新星残骸中发现氯和钾

天文学家首次在超新星残骸仙后座A（Cassiopeia A）中发现氯和钾这两种比较难以捉摸的元素，它们对生命和行星的形成非常重要。

日本京都大学在12月5日发布的新闻稿中指出，“我们知道许多元素是在恒星和超新星内部产生的，然后被抛射到宇宙中，但一些关键元素的起源仍是个谜。”

氯和钾都是奇数原子序元素（亦即质子数为奇数的元素），它们对生命和行星的形成至关重要。依据目前的理论模型，恒星产生的这类元素的总量约为宇宙中观测到的十分之一。这个差异长期以来一直困扰着天文学家。

这启发了该校和明治大学的研究人员，促使他们对超新星残骸展开研究，以寻找这些元素的痕迹。藉由日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）于2023年发射的X射线卫星“X射线成像和光谱任务”（X-Ray Imaging and Spectroscopy Mission, XRISM），这些研究人员对仙后座A进行观测。

他们发现了清晰的氯和钾的X射线发射谱线，其丰度远高于标准超新星模型的预测值。这为超新星能够产生足够的氯和钾首次提供了观测上的证据。

据美国国家航空航天局（NASA）网站报道，仙后座A是位于仙后座的一团不断膨胀的云气，距离地球约11,000光年。它大致呈圆形，直径约10光年，年龄超过340年，其中心是一颗超高密度的中子星，也就是原恒星核心的残骸。

此前，天文学家已经利用NASA的钱德拉X射线天文台（Chandra X-ray Observatory）在仙后座A中探测到了铁、硅、硫和其它元素的特征讯号。

针对本次研究在这个超新星残骸发现氯和钾，主导该研究的明治大学天文物理学家佐藤寿纪（Toshiki Sato）说：“这项发现基本上有助于说明恒星死亡与地球生命之间的关连。”

他说：“恒星在夜空中看似静静闪烁，但它们却在积极地制造构成行星并孕育我们所知生命的物质。现在，由于XRISM的协助，我们对恒星何时以及如何制造那些极其重要却又难以寻找的元素有了比较好的了解。”

NASA戈达德太空飞行中心（Goddard Space Flight Center）的XRISM项目科学家威廉姆斯（Brian Williams）说：“将XRISM的能力与其它任务的能力结合起来，可以让科学家探测和测量这些对宇宙生命形成极其重要的稀有元素。”

接下来，该研究团队计划利用XRISM观测其它超新星残骸，以确定氯和钾的增量是大质量恒星的普遍现象还是仙后座A特有的现象。这将有助于揭示这种内部的混合过程是否是恒星演化的普遍特征。

氯和钾的重要性

NASA表示，恒星会经由核反应产生宇宙中几乎所有比氢和氦重的元素。高温高压会将较轻的元素（例如碳）融合成较重的元素（例如氖），在恒星内部形成类似洋葱的物质层。

核反应也会在超新星爆炸（某些恒星在生命末期经历的一种剧烈爆炸）事件中发生。即便经过数百年甚至数千年，超新星残骸中元素的丰度和分布位置也能向科学家揭示恒星及其爆炸的信息。

有些元素（例如氧、碳和氖）比其它元素常见，也比较容易探测到，而且可以追溯到恒星生命中的特定阶段。但另一些元素（例如氯和钾）则比较难以捉摸。

对于这些比较稀有的元素，科学家掌握的资料较少，因此比较难模拟它们在恒星内部的形成位置，但它们在地球生命中仍扮演着重要的角色。比如说，钾有助于我们体内细胞和肌肉的正常运作，所以天文学家对追溯其在宇宙中的起源很感兴趣。

上述研究成果于12月4日发表在《自然-天文学》（Nature Astronomy）期刊上。