恆星解體釋放中子，打造宇宙重元素之謎

最新研究指出，當大質量恆星死亡時產生的高能光子噴流，可能將恆星外層物質分解成自由中子，進而觸發一系列物理反應，最終形成鈾、鈽等重元素。這項突破性發現已刊登於《天體物理學期刊》。

研究團隊透過電腦模擬發現，在伽瑪射線爆噴流穿過坍縮恆星的過程中，會形成一個高溫「繭狀結構」。這個特殊環境讓自由中子得以被原子核捕獲，啟動所謂的「快中子捕獲過程」（r-process），這正是宇宙中重元素合成的關鍵機制。

美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室的物理學家馬修·芒普爾博士解釋：「要製造出鈾這類重元素，需要極端的天文環境。我們提出一個全新觀點：這些中子並非預先存在，而是在恆星解體過程中動態產生的。」

研究團隊建立的理論框架，不僅解釋了重元素形成之謎，更有助於解決中子傳輸、多物理模擬等關鍵問題。這些發現對國家安全領域的核子研究也具有重要參考價值。

根據研究模型，當大質量恆星耗盡核燃料時，其核心會坍縮成黑洞。若黑洞旋轉速度足夠快，周邊強大的引力場會扭曲磁場，產生極高能量的光子噴流。

芒普爾博士生動比喻：「這就像一列高速火車衝過雪堆，噴流會在前方形成高溫物質繭。在這個交界處，高能光子會與原子核作用，將質子轉化為中子。」

令人驚奇的是，團隊計算顯示這種光與物質的互動作用，能在奈秒級的時間尺度內快速產生大量自由中子。由於中子不帶電荷，它們會被噴流「犁出」到周圍的繭狀結構中，形成極高密度的中子環境，進而觸發r-process。

這項研究還可能解釋「千新星」現象的起源——這是一種與長時伽瑪射線爆相關的光學/紅外輻射。科學家表示：「高能光子噴流導致的恆星解體，為重元素形成提供了全新途徑，這在過去被認為與坍縮恆星無關。」

儘管取得重大進展，研究團隊坦言仍面臨諸多挑戰，特別是地球上無法製造這些重同位素，科學家對其原子量、半衰期等特性知之甚少。

這項跨領域研究涵蓋原子核物理、流體力學與廣義相對論，涉及自然界四種基本作用力，堪稱當代物理學最複雜的課題之一。