超新星殘骸中 天文學家首次發現氯和鉀

日本天文學家第一次在超新星殘骸仙后座A（Cassiopeia A）中，發現氯、鉀2種較難以捉摸的元素，兩者對生命和行星的形成非常重要。

日本京都大學日前表示，「許多元素在恆星和超新星內部產生，然後被釋放到宇宙中，但部分關鍵元素的起源仍是謎。」

氯和鉀都是奇數原子序元素（質子數為奇數的元素），對生命和行星的形成非常重要。根據目前的理論模型，恆星產生的氯和鉀元素，約只有實際觀測到的1/10。

這樣的差距長期困擾著天文物理學家，也促使京都大學和明治大學研究團隊，在超新星殘骸中，尋找這些元素的痕跡。他們利用日本宇宙航空研究開發機構（JAXA）2023年發射的X射線衛星「X射線成像和光譜任務」（XRISM），對仙后座A殘骸進行觀測。

研究團隊發現氯與鉀的明顯X射線發射線，而且氯與鉀含量遠高於標準超新星模型的預測。這項發現首次提供了觀測證據，證明超新星的確能夠產生足夠的氯與鉀。

美國國家航空暨太空總署（NASA）網站報導，仙后座A是位於仙后座一團不斷膨脹的雲氣，距離地球約1萬1千光年。它大致呈圓形、直徑約10光年、年齡超過340年，中心是一顆超高密度的中子星，也就是原恆星核心的殘骸。

先前天文學家已在仙后座A中探測到鐵、矽、硫和其他元素的特徵訊號。針對這次在超新星殘骸發現氯和鉀的研究，主導研究的明治大學天文物理學家佐藤壽紀（Toshiki Sato）說，「這項發現有助於說明，恆星死亡與地球生命之間的關連。」

他表示，「現在，由於XRISM的協助，我們對恆星何時以及如何製造那些極其重要卻又難找的元素，有了比較好的了解。」

NASA戈達德太空飛行中心（Goddard Space Flight Center）XRISM計畫科學家威廉姆斯（Brian Williams）說，「將XRISM的能力與其他任務結合起來，可以讓科學家探測和測量這些對形成宇宙生命極重要的稀有元素。」

接下來，研究團隊計畫利用XRISM觀測其他超新星殘骸，以確定氯和鉀的高產量，是大質量恆星的普遍現象，還是仙后座A特有現象。這將有助於揭開這種內部的混合過程，是否為恆星演化的普遍特徵。

NASA表示，恆星會經由核反應，產生宇宙中幾乎所有比氫和氦重的元素。高溫、高壓會將較輕的元素（如碳）融合成較重的元素（如氖），在恆星內部形成類似洋蔥的物質層。

核反應也會在超新星爆炸（某些恆星在生命末期經歷的劇烈爆炸）事件中發生。即使經過數百年甚至數千年，超新星殘骸中元素的含量和分布位置，也能揭示恆星及其爆炸的訊息。

氧、碳和氖等元素比其他元素常見，也較容易探測，而且可以追溯到恆星生命的特定階段。但氯和鉀等元素比較難捉摸。

對於這些比較稀有的元素，科學家掌握的資料較少，因此比較難模擬它們在恆星內部的形成位置，但它們在地球生命中扮演著重要的角色，例如：鉀有助於人類細胞和肌肉正常運作，天文學家對追溯鉀在宇宙中的起源很感興趣。研究成果已發表在《自然天文學》（Nature Astronomy）期刊。◇