密歇根州立大学的研究人员发现，宇宙中最重要的反应之一是超新星的爆炸。这个发现也揭示了地球上一些重元素是如何形成的。尤其值得一提的是，它颠覆了一种理论，该理论解释了火星上钌和钼等元素的同位素含量异常高的现象。“这很令人惊讶，”卢克·罗伯茨说，他是密歇根州立大学物理与天文学系稀有同位素束研究中心的助理教授。罗伯茨设计了用来模拟超新星内部环境的计算机代码。他们花了很多时间来确保结果是正确的。12月2日发表在《自然》杂志上的研究结果显示，超新星最深处形成碳原子的速度比之前认为的快10倍以上。这种碳的产生是通过一个叫做三重过程的反应发生的。“在很多方面，三重反应是最重要的反应。它定义了我们的存在，”罗伯茨的合作者亨德里克·沙茨说。沙茨是大学物理系和天文系的杰出教授。地球上所有东西的原子都是在恒星中形成的。对于地球上的生命来说，也许没有什么恒星物质比由三重阿尔法过程在宇宙中产生的碳更重要了。这个过程从阿尔法粒子开始，阿尔法粒子是氦原子的核心，也就是原子核。每个阿尔法粒子由两个质子和两个中子组成。在三重阿尔法过程中，恒星将三个阿尔法粒子融合在一起，形成一个有6个质子和6个中子的新粒子。这是宇宙中最常见的碳形式。其他核过程也产生了其他同位素，但这些同位素只占地球碳原子的1%多一点。尽管如此，将三个阿尔法粒子融合在一起通常是一个效率低下的过程，除非有什么东西可以帮助它。斯巴达团队揭示，超新星最深处的区域可以有这样的辅助物——过量的质子。因此，富含质子的超新星可以加速三重阿尔法反应。但是加速三重阿尔法反应也抑制了超新星产生元素周期表上更重元素的能力，罗伯茨说。这一点很重要，因为科学家们长期以来一直认为，富含质子的超新星创造了地球上某些富含钌和钼的同位素（数量惊人），这些同位素包含近100个质子和中子。- 在“三重阿尔法”过程中，恒星将三个氦核聚合在一起，形成一个能量过剩的碳原子，称为霍伊尔状态。霍伊尔状态可以分裂成三个阿尔法粒子，或者通过释放一对伽马射线到稳定碳的基态。然而，在超新星内部，稳定碳的生成可以在额外质子的帮助下得到加强。
“你不能在其他地方制造这些同位素，”罗伯茨说。但根据这项新的研究，你可能也不会在富含质子的超新星中制造它们。“我觉得有趣的是，你现在必须想出另一种方式来解释它们的存在。他们不应该有这么多的同位素，”沙茨说。“要想出替代方案并不容易。”此外，密苏里州立大学为新理论的萌芽提供了肥沃的土壤。这里是美国培养下一代核物理学家的顶尖研究生项目的所在地。它也是吉林大学的一个核心机构，推动核物理和天体物理学的合作。金在密歇根州立大学做博士后，之后加入了中国科学院。因此，尽管奥斯丁对这个结果与长期存在的元素创造理论相矛盾表示了一点失望，但他也知道这将推动新的科学和对宇宙的更好理解。
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