碳元素新發現或改寫天體物理學

科學家實測碳元素的合成過程，發現比以前所知的速度快了34%。如此大幅度的認知差異，將對恆星的演化和死亡過程、各種元素的產生、它們的來源，以及構成生命的豐富基礎等多個理論模型產生深刻的影響。

科學家所知的是，恆星內部在只有幾分之一秒的瞬間，通過「3氦過程」——即3個氦原子核（α粒子）聚合成碳原子核的過程，產生碳元素。

多年來，天體物理學家都認為發生這個過程的概率極其小，因此對宇宙中碳元素，以及更重的元素的由來不能作出明確的解釋。

1953年，知名天文學家霍伊爾（Fred Hoyle）提出「3氦過程」是產生穩定碳元素的基礎過程，後來科學家就把這個過程中原始的、不穩定的核狀態稱為霍伊爾態（Hoyle state）。

產生碳元素之後，恆星繼續合成像氧、鐵等這樣更重的元素。恆星內部產生的這些元素，最終成為誕生恆星系統內行星所需的氣體和塵埃。在地球上，碳元素是繁榮的生物圈的基本元素。

「這（霍伊爾態）是物質世界的奇觀之一，簡單地說，沒有霍伊爾態，就沒有我們！」澳洲國立大學（ANU）核物理系副教授基貝迪（Tibor Kibedi）說。

但是，從霍伊爾態誕生碳元素的概率非常低。「每2500個霍伊爾態原子核，只有1個變為穩定的碳元素。其它的都會失敗。」

直接觀測碳元素的產生相當困難，這份研究找到方法進行間接觀測。

他們向一張碳薄片發射一道質子束，產生霍伊爾態原子核。其中只有很小一部份這種激發態下的原子核變回穩定的碳元素。這個過程將發出正負電子對，研究人員通過特殊的光譜儀可以探測到。

實驗結果顯示，碳的合成率比以前所知的高出超過三分之一。對於天文學上這樣重要的演化過程來說，這個認知變化的幅度是相當大。

基貝迪說：「自1976年以來，沒有人測量過這個數據，都想當然地認為這是已知的，這次的結果實在是出乎意料。」

澳洲國立大學天文物理研究學院的喬伊斯（Meridith Joyce）說：「產碳率如此大的提升將對現有的很多理論都產生重大的影響。」

「這包括恆星的演化過程、比碳更重的各種元素的產生、恆星年齡的測量、恆星壽命的估計、超新星爆發的機率，甚至它們將產生中子星還是黑洞的分析，都有著重要的影響。」

澳洲國立大學和挪威奧斯陸大學（University of Oslo）的研究人員用兩種不同的方法進行了測量，研究結果分別發表在《物理評論C刊》（Physical Review C）和《物理評論快報》（Physical Review Letters）上。#

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