科学家们已经确定，在太阳系中一些最古老的固体(如陨石)中发现的一种罕见元素，以前被认为是在超新星爆炸中形成的，实际上早于这些宇宙事件，挑战了长期以来关于其起源的理论。

美国能源部橡树岭国家实验室的科学家们领导了对放射性同位素铍-10的研究，这种同位素在大约45亿到50亿年前太阳系形成时就存在了。他们探索了这种同位素能否在巨大的恒星在其死亡的阵痛中，即超新星的大规模爆炸中形成足够数量的同位素。

ORNL的核天体物理学家拉斐尔·希克斯(Raphael Hix)参与了这项发表在《物理评论c》(Physical Review c)杂志上的研究，他说:“这种恒星爆炸不太可能是这种同位素的主要来源，因为它在太阳系早期就被观察到。”他的发现“有助于我们了解太阳系和整个星系的历史。”

科学家们推测铍-10更有可能是宇宙射线散裂的结果，这是一种与随机的、无处不在的高能质子和其他同位素(如碳-12)的相互作用，这些质子和同位素几乎以光速在宇宙的各个方向奔跑。

当一颗恒星死亡时，它会将其核心的原子喷射到星际介质中，星际介质是一种低密度物质，填充了星系中恒星之间的空间。在恒星中制造同位素和元素的过程被称为核合成。最终，星际介质的一部分会聚集起来，形成下一代恒星和与之相关的行星。碳-12也包含在这个原子汤中，它偶尔会与宇宙射线发生碰撞。

当这些高能射线与碳-12原子碰撞时，“它实际上会将原子核分裂，剩下的可能包括铍-10，”希克斯说。

大约45亿年前，太阳系是由巨大的气体分子云坍缩形成的，形成了一个被称为太阳星云的旋转物质盘。经过数百万年的时间，引力使物质聚合，形成了太阳及其所有行星。

铍-10的半衰期相对较短——放射性原子核数量的一半衰变所需的时间——140万年。这意味着今天在地球上发现的任何铍-10都是在太阳系形成很久之后产生的。

然而，在一些陨石中，科学家发现硼-10，铍-10的衰变产物。硼-10与非放射性铍同位素的存在意味着新制造的铍-10在太阳系形成时就已经存在了。

Hix和当时的博士后研究员Andre Sieverding(现在是劳伦斯利弗莫尔国家实验室的一名科学家)利用美国能源部国家能源研究科学计算中心(NERSC)的计算资源，计算了超新星爆炸产生的不同元素和同位素的数量。

超新星爆炸可能发生在质量是太阳10到25倍的恒星上。他们得到了在ORNL工作的田纳西大学本科生Daniel Zetterberg和圣母大学同事的帮助。

如果像铍-10这样的短寿命同位素可以从超新星爆炸中产生，那么，根据流行的科学思想，这将支持太阳系的形成是由超新星直接引发的观点。

然而，最近的计算挑战了这个想法，至少对铍-10来说是这样。原子核碰撞产生新原子核的核实验的新数据揭示了提高将铍-10转化为其他同位素的反应速率的核特性。这个速率取代了50多年前的反应速率估计值。

在实验室里用改进的实验测量它可以得到更准确和详细的图像。科学家们计算出的新反应速率比以前的实验结果快了33倍。

西弗丁、泽特伯格和希克斯确定，新的速率足够快，可以有效地摧毁超新星中的铍-10。因此，超新星的坍缩和爆炸“不太可能产生足够的铍-10来解释在陨石中观察到的铍-10，”Hix说。

“这几乎可以肯定，散裂确实是铍-10的来源，”希克斯补充说。“除非在这个质量范围内的恒星结构模型发生重大变化，否则这些发现表明需要另一种铍-10的来源。”

西弗丁说:“因此，超新星不太可能是早期太阳系中铍-10的来源。”

这项研究是由几个机构合作进行的。ORNL的Sieverding, Hix和Zetterberg进行了天体物理模拟和核合成计算。在圣母大学，Jaspreet Randhawa, Tan Ahn和Richard James deBoer对实验数据进行了解释，以提取相关的反应速率。

在德国达姆施塔特工业大学，Riccardo Mancino和Gabriel Martinez-Pinedo对反应速率进行了理论计算。由于速度太慢，无法直接测量，他们的实验测量了原子核的性质，理论家将这些性质转化为反应速率。

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