地球上的玻璃是远古恒星的“遗物”吗

当你盯着玻璃或在沙滩上行走时，你认为这些材料与恒星的死亡有关吗？

最近，一个国际科学家小组称，他们发现离地球数十亿光年远的两颗超新星的残骸中含有硅，这是玻璃的主要成分。研究人员使用美国宇航局的斯皮策太空望远镜分析垂死恒星发出的光，并获得了硅石的“指纹”。

宇宙中所有重元素的熔炉

“这是我们首次证明超新星爆炸产生的二氧化硅足以影响整个宇宙的尘埃。”英国卡迪夫大学物理和天文学院的哈利·戈麦斯说。

事实上，地球上的大多数自然元素都与超新星爆炸过程有关。为什么这是第一次证实超新星产生的硅元素足以成为宇宙尘埃中硅元素的来源？中国科学院国家天文台研究员邓告诉《科学日报》:“从理论上讲，科学家早就知道超新星爆发会产生硅，这项研究的突破主要是在观测层面得到证实。”

"恒星是宇宙中所有重元素的熔炉。"邓·蔡丽解释说，氢和氦是大爆炸开始时的主要成分，氢约占80%，氦约占20%。在恒星演化过程中，氢首先燃烧，氦在氢燃烧后被点燃。氦燃烧时会产生碳和氧。“碳氧燃烧过程会产生硅、钙和镁等元素。这些元素也会燃烧，但需要更高的温度。”

这种连续燃烧的机制与恒星的温度分布有关，恒星的中心温度最高。“像洋葱一样，它们一层一层燃烧，这可以确保恒星内部结构的平衡。”邓告诉记者。

在《洋葱》中，有两层与硅的生成有关。一个是硅本身的燃烧，另一个是产生硅的燃烧过程。邓·蔡丽说:“如果这两个燃烧过程在超新星爆发前没有完成，那么当超新星爆发时，其中的硅元素就会被抛入宇宙。”

除了氢和氦，氧也非常活跃。当它遇到硅时，就会形成二氧化硅。二氧化硅是制造玻璃和形成灰尘的主要成分。如果合适的条件得到满足，尘埃会冷却并积累，慢慢变大，最后成为第二代和以后的恒星或行星，如地球。"这个过程在宇宙中非常普遍。"邓对说:二氧化硅覆盖了大约60%的地面空间。在某种程度上，地球上的硅石是古代恒星的“遗迹”。

理论预测在观测中逐渐得到验证。

认为硅是在恒星演化过程中产生的理论解释相对成熟，但很难观察到。“因为在观察时，恒星必须是质量至少为8个太阳质量甚至超过100个太阳质量的大质量恒星。”

在大质量恒星演化的后期，元素合成为铁后，内部不会通过热核反应产生新的能量。巨大的引力使得整颗恒星迅速向中心坍缩。一个结果是将中心物质压缩成中子状态，形成中子星，甚至将更大的核心塌缩成黑洞。

大质量恒星以第二类超新星结束生命。邓蔡丽告诉记者，一般来说，大质量恒星的超新星爆炸会将大部分或全部物质抛入太空，留下中子星或黑洞，这取决于恒星的初始质量和物理状态。

然而，大质量恒星在宇宙中是罕见的。“宇宙中的大多数恒星爆发成Ia型超新星。它们的前身是双星中的小质量恒星，因为它们形成时小质量恒星的比例高于大质量恒星。当超新星爆炸时，小质量恒星(如双星系统中的白矮星)不会像大质量恒星一样抛出同样的物质。这使得观察硅的诞生变得很困难。”邓对说:

事实上，这就像探测暗物质。邓蔡丽说:“理论上，宇宙中有暗物质，但我们还不能探测到它。也许暗物质的相互作用会发出某种辐射。科学家经常通过探测理论预测的辐射来探测暗物质。”

对硅的观察也是如此。“理论上，恒星的演化可以预测硅的产量，甚至硅的产量。这项研究中对超新星遗迹中硅的观察是对先前理论的证明。邓告诉记者，宇宙中有许多不确定性。通过观察，可以有新的发现，也可以排除一些理论假设。

应该注意的是，恒星爆炸并不直接产生玻璃，而是用来制造玻璃的材料。“当我们走在人行道上或走在沙滩上时，我们正在与数百万年前燃烧的恒星爆炸产生的物质相互作用。”海莉·戈麦斯说。