.Forged in Fire: How Gamma-Ray Bursts Could Create the Universe’s Heaviest Elements
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Starship version space science
.Forged in Fire: How Gamma-Ray Bursts Could Create the Universe’s Heaviest Elements
불 속에서 단련된: 감마선 폭발이 우주에서 가장 무거운 원소를 만들어낼 수 있는 방법
로스앨러모스 국립연구소 제공2025년 4월 29일, 별 붕괴 블랙홀 제트 아트 컨셉 일러스트레이션 별이 블랙홀로 붕괴하면 우주의 가장 무거운 원소들을 만들어낼 만큼 강력한 중성자가 풍부한 제트가 생성될 수 있습니다. 중성자별 충돌은 필요하지 않습니다. 출처: SciTechDaily.com
-물리학자들은 붕괴하는 별에서 나오는 고에너지 광자 제트가 플루토늄과 같은 무거운 원소의 비밀 공장일 수 있다고 주장하며, 이는 기존 이론에 도전하고 지구 지각에서 이상한 우주적 빛과 금속 흔적을 설명할 수 있을 가능성이 있다고 합니다.
물리학에서 가장 큰 미해결 문제 중 하나는 우주가 주기율표에서 가장 무거운 원소들을 어떻게 만들어내는가 하는 것입니다. 이 문제를 해결하기 위해 로스앨러모스 국립연구소가 이끄는 연구팀은 이전에는 미지의 환경, 즉 거대한 별의 붕괴 과정에서 감마선 폭발로 생성되는 강렬한 제트와 그 주변 물질(고치)을 탐사하고 있습니다. 천체물리학 저널( The Astrophysical Journal) 에 발표된 한 연구에서 연구진은 이러한 제트 깊숙한 곳에서 분출되는 고에너지 광자가 붕괴하는 별의 외층을 파괴하여 양성자를 중성자 로 전환시킬 수 있다고 제안했습니다 .
-이러한 갑작스러운 중성자 폭발은 우라늄이나 플루토늄과 같은 중원소를 생성하는 연쇄 반응을 촉발할 수 있습니다. 콜랩사를 통한 광자 제트 폭발 고에너지 광자 제트(흰색과 파란색)가 중심에 블랙홀이 있는 붕괴사를 통과합니다.
-제트 주변의 붉은색 공간은 자유 중성자가 포획되어 핵합성 과정인 r 과정을 유발하는 고치를 나타내며, 이를 통해 중원소가 생성됩니다. 출처: 로스앨러모스 국립연구소 중성자 생성을 위한 새로운 메커니즘 로스앨러모스의 물리학자 매튜 멈파워는 "우라늄이나 플루토늄 같은 중원소의 생성에는 극한 조건이 필요합니다."라고 말했습니다. "우주에는 이러한 원소가 생성될 수 있는, 실현 가능하지만 드문 시나리오가 몇 개뿐이며, 그러한 모든 시나리오에는 풍부한 양의 중성자가 필요합니다.
우리는 이러한 중성자가 미리 존재하지 않고 별에서 역동적으로 생성되는 새로운 현상을 제안합니다." 일반적으로 자유 중성자는 빠르게 붕괴하여 약 15분 정도만 생존하기 때문에 원소 생성 반응에 참여할 기회가 제한됩니다. 하지만 적절한 환경에서는 급속 중성자 포획 과정, 즉 "r-과정"이라는 과정이 발생할 수 있습니다. 이 과정이 우주에서 자연적으로 생성되는 모든 토륨, 우라늄, 플루토늄의 생성 원인으로 여겨집니다. 이 팀의 모델은 별의 붕괴 중에 일어날 수 있는 새로운 반응 경로를 도입함으로써 r-프로세스 물리학의 오랜 과제에 대한 새로운 해결책을 제시합니다. 연구진의 프레임워크는 중원소의 형성 과정을 설명하는 것 외에도 중성자가 물질을 통과하는 방식, 복잡한 다중물리 시스템의 거동, 그리고 희귀한 우주 현상의 감지 방법 등 핵심적인 과학적 의문들을 다룹니다. 이러한 통찰력은 천체물리학이나 국가 안보와 같이 이색 입자와 반응의 거동을 이해하는 것이 필수적인 분야에 잠재적으로 적용될 수 있습니다.
제트 파워: 별의 붕괴와 원소 생성 뭄파워가 제안하는 시나리오에서는 거대한 별이 핵연료가 고갈되면서 죽음을 맞이합니다. 더 이상 자신의 중력을 거슬러 올라갈 수 없게 되면서 별의 중심에 블랙홀이 형성됩니다. 블랙홀이 충분히 빠르게 회전하면, 블랙홀 근처의 극도로 강한 중력으로 인한 프레임 드래그 효과가 자기장을 감아 강력한 제트를 발사합니다. 이후의 반응을 통해 광범위한 스펙트럼의 광자가 생성되는데, 그중 일부는 고에너지를 지닙니다.
제트는 앞쪽 별을 관통하며 폭발하면서 제트 주변에 "눈을 헤치는 화물 열차처럼" 뜨거운 물질로 된 고치를 형성한다고 뭄파워는 말했다. 제트와 별 물질의 경계면에서 고에너지 광자(즉, 빛)는 원자핵과 상호 작용하여 양성자를 중성자로 변환할 수 있다. 기존 원자핵은 개별 핵자로 분해되어 더 많은 자유 중성자를 생성하여 r 과정에 동력을 공급할 수도 있다. 연구진의 계산에 따르면 빛과 물질과의 상호 작용은 나노초 단위로 매우 빠르게 중성자를 생성할 수 있다.
중성자가 어떻게 탈출하고 생성되는지 양성자는 전하를 띠고 있기 때문에 강력한 자기장에 의해 제트에 갇히게 됩니다. 전하를 띠지 않는 중성자는 제트에서 나와 고치 속으로 밀려 들어갑니다. 상대론적 충격을 받은 중성자는 주변 항성 물질에 비해 매우 밀도가 높아, r 과정이 발생하여 무거운 원소와 동위원소가 형성되었다가 별이 산산이 조각나면서 우주 공간으로 방출될 수 있습니다.
양성자가 중성자로 변환되고, 자유 중성자가 주변 고치 속으로 빠져나가 중원소를 형성하는 과정은 광범위한 물리 원리를 포함하며, 자연의 네 가지 기본 힘을 모두 포괄합니다. 이는 원자 및 핵물리학 분야와 유체역학, 일반 상대성 이론을 결합한 진정한 다중물리학 문제입니다. 연구진의 노력에도 불구하고, r-과정에서 생성되는 중원소는 지구상에서 만들어진 적이 없기 때문에 더 많은 과제가 남아 있습니다. 연구자들은 원자량, 반감기 등을 포함한 중원소의 특성에 대해 거의 알지 못합니다. 킬로노바와 우주의 기원에 대한 설명? 연구팀이 제안한 고에너지 제트 구조는 장시간 감마선 폭발과 관련된 가시광선 및 적외선 전자기 복사인 킬로노바의 발생을 설명하는 데 도움이 될 수 있습니다.
킬로노바는 주로 두 중성자별의 충돌이나 중성자 별 과 블랙홀의 합병과 연관되어 왔습니다. 이러한 강렬한 충돌은 중원소 생성의 우주 공장을 관측을 통해 확인할 수 있는 한 가지 가능한 방법입니다. 고에너지 광자 제트를 통한 별의 분해는 중원소 생성과 이로 인해 생성될 수 있는 킬로노바의 또 다른 발생 원인을 제공하며, 이는 이전에는 별의 붕괴와 관련이 있다고 여겨지지 않았던 가능성입니다. 심해 퇴적물 속의 우주적 단서 이와 관련하여 과학자들은 심해 퇴적물에서 철과 플루토늄을 관찰했습니다 .
연구 결과 이러한 퇴적물은 외계에서 유래한 것으로 확인되었지만, 킬로노바를 유발하는 현상과 마찬가지로 구체적인 위치나 우주적 사건은 여전히 파악하기 어렵습니다. 붕괴성 고에너지 제트 시나리오는 해저에서 발견되는 이러한 중원소의 근원으로서 흥미로운 가능성을 제시합니다. 제안된 프레임워크를 더 완벽하게 이해하기 위해 Mumpower와 그의 팀은 복잡한 미시물리적 상호 작용을 포함하여 모델에 대한 시뮬레이션을 실행하고자 합니다.
참고문헌: Matthew R. Mumpower, Tsung-Shung H. Lee, Nicole Lloyd-Ronning, Brandon L. Barker, Axel Gross, Samuel Cupp, Jonah M. Miller 공저, "Let There Be Neutrons! Hadronic Photoproduction from a Large Flux of High-energy Photons", 2025년 3월 20일, The Astrophysical Journal . DOI: 10.3847/1538-4357/adb1e3 자금: 이 연구는 로스앨러모스의 연구실 주도 연구 개발 프로그램의 지원을 일부 받았습니다.
메모 2405010921_소스1.분석중【】
a.물리학자들은 붕괴하는 별에서 나오는 고에너지 광자 제트가 플루토늄과 같은 무거운 원소의 비밀 공장일 수 있다고 주장하며, 이는 기존 이론에 도전하고 지구 지각에서 이상한 우주적 빛과 금속 흔적을 설명할 수 있을 가능성이 있다고 한다.
a-1.물리학에서 가장 큰 미해결 문제 중 하나는 우주가 주기율표에서 가장 무거운 원소들을 어떻게 만들어내는가 하는 것이다. 이 문제를 해결하기 위해 로스앨러모스 국립연구소가 이끄는 연구팀은 이전에는 미지의 환경, 즉 거대한 별의 붕괴 과정에서 감마선 폭발로 생성되는 강렬한 제트와 그 주변 물질(고치)을 탐사하고 있다. 연구진은 이러한 제트 깊숙한 곳에서 분출되는 [고에너지 광자가 붕괴하는 별의 외층을 파괴하여 양성자를 중성자 로 전환시킬 수 있다]고 제안했다 .
보기1. 양성자의 쿼크 uud(22-1/3=1)배치
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보기2. 중성자의 쿼크 ddu(11-2/3=0)배치
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b.이러한 갑작스러운 중성자 폭발은 우라늄이나 플루토늄과 같은 중원소를 생성하는 연쇄 반응을 촉발할 수 있다. 광자 제트 폭발 고에너지 광자 제트가 중심에 블랙홀이 있는 붕괴사를 통과한다.
b-1.제트 주변의 붉은색 공간은 자유 중성자가 포획되어 핵합성 과정인 r 과정을 유발하는 고치를 나타내며, 이를 통해 중원소가 생성
b-2.중성자 생성을 위한 새로운 메커니즘 로스앨러모스의 물리학자 매튜 멈파워는 "우라늄이나 플루토늄 같은 중원소의 생성에는 극한 조건이 필요합니다."라고 말했습니다. "우주에는 이러한 원소가 생성될 수 있는, 실현 가능하지만 드문 시나리오가 몇 개뿐이며, 그러한 [모든 시나리오에는 풍부한 양의 중성자]가 필요하다.
_【b-2】중성자가 풍부한 곳이 msoss 보기.4의 장소이다. 전하들이 zerosum을 이루고 있다.
보기4.
sample msoss
zxdxybzyz
zxdzxezxz
xxbyyxzz
zybzzfxzy
cadccbcdc
cdbdcbdbb
xzezxdyyx
zxezybzyy
bddbcbdca
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