.New framework suggests stars dissolve into neutrons to forge heavy elements
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Starship version space science
.New framework suggests stars dissolve into neutrons to forge heavy elements
새로운 프레임워크에 따르면 별이 중성자로 분해되어 무거운 원소를 형성한다고 합니다
로스앨러모스 국립연구소 제공 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
주기율표에서 무거운 원소의 기원을 이해하는 것은 물리학 전체에서 가장 어려운 미해결 문제 중 하나입니다. "핵합성"을 통해 이러한 원소에 적합한 조건을 찾기 위해 로스앨러모스 국립연구소가 이끄는 연구팀은 이전에는 어떤 연구자도 시도하지 않았던 영역, 즉 붕괴된 별에서 솟아오르는 감마선 폭발 제트와 그 주변 고치를 탐구하고 있습니다. 천체물리학 저널 에 실린 논문 에 따르면 , 제트 깊숙한 곳에서 생성된 고에너지 광자는 별의 바깥층을 중성자로 분해하여 일련의 물리적 과정을 일으켜 무거운 원소를 형성할 수 있다고 합니다.
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." 자유 중성자는 약 15분의 짧은 반감기를 가지고 있어 중원소 형성에 필요한 양만큼 자유 중성자를 확보하는 데 제약이 있습니다.
주기율표에서 가장 무거운 원소를 생성하는 핵심 과정은 급속 중성자 포획 과정, 즉 "r 과정"으로 알려져 있으며, 우주에서 자연적으로 생성되는 모든 토륨, 우라늄, 플루토늄의 생성을 담당하는 것으로 여겨집니다. 이 팀의 프레임워크는 r 프로세스의 까다로운 물리학을 다루고, 무거운 원소 형성을 초래할 수 있는 별 붕괴 주변의 반응과 프로세스를 제안하여 이를 해결합니다. 제안된 프레임워크는 중원소의 형성을 이해하는 것 외에도 중성자 전달, 다중물리 시뮬레이션, 희귀 현상 관찰을 둘러싼 중요한 의문을 해결하는 데 도움이 됩니다. 이는 모두 연구를 통해 통찰력을 얻을 수 있는 국가 안보 응용 분야에 중요합니다.
눈을 헤치며 달리는 화물열차처럼 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 뚫고 나가면서 제트 주변에 뜨거운 물질로 된 고치를 형성하는데, 마치 "눈을 헤치는 화물 열차처럼"이라고 뭄파워는 말했다. 제트와 별 물질의 경계면에서 고에너지 광자(즉, 빛)는 원자핵과 상호작용하여 양성자를 중성자로 변환시킬 수 있다. 기존 원자핵 도 개별 핵자로 분해되어 r 과정에 동력을 공급할 더 많은 자유 중성자를 생성할 수 있습니다. 연구진의 계산에 따르면 빛과 물질과의 상호작용으로 나노초 단위로 매우 빠르게 중성자가 생성될 수 있습니다.
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 무거운 원소를 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.
팀의 노력에도 불구하고, r-과정에서 생성된 중금속 동위원소는 지구상에서 만들어진 적이 없기 때문에 더 많은 과제가 남아 있습니다. 연구자들은 원자량, 반감기 등 그 특성에 대해 거의 알지 못합니다.
특이한 현상에 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 중성자별과 블랙홀의 합병과 관련이 있습니다. 이러한 강렬한 충돌은 중원소 생성의 우주 공장을 관측을 통해 확인할 수 있는 한 가지 가능한 방법입니다. 고에너지 광자 제트를 통한 별의 분해는 중원소 생성과 그로 인해 생성될 수 있는 킬로노바의 또 다른 기원을 제시하는데, 이는 이전에는 별의 붕괴와 관련이 있다고 여겨지지 않았던 가능성입니다. 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 파악되지 않았습니다. 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.
추가 정보: Matthew R. Mumpower 외, 『중성자가 있으라! 고에너지 광자의 대량 흐름으로부터의 강입자 광생성』(Let There Be Neutrons! Hadronic Photoproduction from a Large Flux of High-energy Photons), The Astrophysical Journal (2025). DOI: 10.3847/1538-4357/adb1e3 저널 정보: 천체물리학 저널 로스앨러모스 국립연구소 제공
https://phys.org/news/2025-04-framework-stars-dissolve-neutrons-forge.html
메모 2404270537_소스1.분석중【】
_[3-3】킬로노바는 중원소를 만들어낸다. 이는 보기4.는 중성자 포획 r과정 oser에 의해 만들어진 msbase.galaxy.msoss개념이다.
그런데 양자적 개념의 블랙홀과 중성자 별의 합병이나 동거는 보기1.의 qpeoms영역이다.
이들의 부조화 이론을 해소하기 위해 영역계층의 하부가 더 생길수 있는 qvixxer(qvix2)로 보여진다. 더나아가, top.nk2에서 저아래 1로 가는 중간nk.oser_area의 통과 구역이 있어 보인다.어허.
이 시스템의 라인 시스템 구도를 다음처럼 보여준다.
top.msoss>msbase.mass.cell>qpeoms>qvixer.(>free).particle.qcell>qvixxer.(>free).boson.ncell.qtop
보기1.
sample 1.vix.a'6//vixx.a(b1,g3,k3,o5,n6)
b0acfd|~ |0000e0
000ac0|~|f00bde
0c0fab|~ |000e0d
e00d0c|~|0b0fa0
f000e0|~ |b0dac0
d0f000|~ |cae0b0
0b000f|~ |0ead0c
0deb00|~|ac000f
ced0ba|~|00f000
a0b00e|~|0dc0f0
0ace00|~|df000b
0f00d0|~|e0bc0a
보기2.
sample qoms (standard)
0000000011=2,0
0000001100
0000001100
0000010010
0001100000
0101000000
0010010000
0100100000
2000000000
0010000001
보기3.
sample pms (standard)
q0000000000
00q00000000
0000q000000
000000q0000
00000000q00
0000000000q
0q000000000
000q0000000
00000q00000
0000000q000
000000000q0
보기4.
sample msoss
zxdxybzyz
zxdzxezxz
xxbyyxzz
zybzzfxzy
cadccbcdc
cdbdcbdbb
xzezxdyyx
zxezybzyy
bddbcbdca
3-4.
이러한 강렬한 충돌은 중원소 생성의 우주 공장을 관측을 통해 확인할 수 있는 한 가지 가능한 방법이다. 고에너지 광자 제트를 통한 별의 분해는 중원소 생성과 그로 인해 생성될 수 있는 킬로노바의 또 다른 기원을 제시하는데, 이는 이전에는 별의 붕괴와 관련이 있다고 여겨지지 않았던 가능성이다.
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