近日，beat365英国官网网站beat365英国官网网站梶野敏貴教授團隊與其合作者在《The Astrophysical Journal Letters》上在線發表了題為“Possibility of Secondary i- and s-processes Following r-process in the Collapsar Jet”的論文。beat365英国官网网站博士生何震宇為第一作者，梶野敏貴教授為通訊作者。該項工作同時被美國天文學會《AAS Nova》重點推薦（https://aasnova.org/2024/05/31/monthly-roundup-where-elements-are-made/）。

重元素的起源問題一直是核物理和天體物理研究的重要前沿領域。目前普遍認為比鐵重的原子核主要通過快速中子俘獲過程（r過程）和慢速中子俘獲過程（s過程）産生，其中s過程主要發生在漸近支巨星（AGB星）和大質量恒星中。r過程發生的天體物理環境尚未明确，除了核心坍縮超新星（Core Collapse Supernova）和雙中子星并合（Neutron Star Merger）之外，坍縮星（Collapsar）也被認為是可能發生r過程的天體物理場所，因為它在銀河系早期星際物質的重元素富集過程中起到了重要的作用。此外，核天體物理學家還提出了中間中子俘獲過程（i過程），用以解釋觀測到的碳超豐貧金屬r/s星（CEMP-r/s star）的表面元素豐度。由于這三種中子俘獲過程的特征溫度和中子數密度顯著不同，因此通常認為它們發生在不同的天體物理環境中。

該工作通過系統研究坍縮星噴流中的核合成，首次提出在坍縮星噴流的演化後期，初級r過程合成的重原子核可以繼續俘獲裂變中子，在合适的溫度和中子數密度下，i過程和s過程可以作為次級過程和r過程在同一天體環境中發生。該研究還提出了一種理論方法，用于定量計算r過程、i過程和s過程分别對重元素最終豐度的貢獻。相關計算表明，在所使用的坍縮星模型中，Eu-151和Nd-148等稀土元素的穩定同位素主要是通過次級i過程産生的（圖1）。這一發現将促使人們改進對太陽系r豐度的傳統理解。

圖1. 坍縮星中次級i過程産生的核素豐度百分比（A為原子核質量數）。許多核素的豐度因坍縮星中的次級i過程而大大提高。a數值表示坍縮星噴流後期的演化速率。

該研究提出，貧金屬星中稀土元素（140 < A < 170）豐度顯著的奇偶效應可能源于坍縮星中的次級s過程和i過程，這為天文觀測中發現坍縮星的存在提供了重要線索。研究還将理論計算得到的元素豐度與天文觀測結果進行了比較，結果發現，使用坍縮星合成的元素豐度可以更好地解釋CEMP-r/s星CS31062-050在60 ≤ Z ≤ 70範圍内的稀土元素豐度，這歸因于坍縮星核合成後期i過程對這些稀土元素豐度的顯著貢獻。

該研究得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金委以及國家留學基金委等大力支持。

論文鍊接：https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ad444c