元素在宇宙尺度的分布“各向一致”

宇宙在大尺度上表现出相同比例的化学成分，对室女星系团炙热、释放X-射线气体的观测结果表明，100多亿年前的早期宇宙生成了后来的恒星、行星和人体所需的各种物质元素，它们在数百万光年的大尺度上大致呈现均匀分布的状态。室女星系团与地球相距大约5400光年，它是在近地球范围内、亮度在X-射线波段排名第二的星系团，室女星系团含有2000个星系，星系间的空域充斥了弥散气体，从炙热气体释放了强烈的X-射线。

通过使用朱雀X-射线卫星，日本太空探测局(JAXA)的天文团队在天体物理学家奥罗拉·西米欧列斯库的带领下，从星系团中心向4个悬臂方向延申了500光年的空域获得了观测数据。西米欧列斯库解释说：作为超新星暴的死亡恒星产生了在元素周期表中碳元素之后的重元素，大质量恒星演变到生命周期的终点，以剧烈爆炸的方式炼制了重元素物质并扩散到周围的星际空间。向太空铺展的重元素物质也存在其它的产生机制，在更大规模上持续地炼制重元素物质，比如：星系物质的外溢，相邻星系的相互碰撞与合并，当星系在充满炙热气体的星系团中移动时，重元素物质从中剥离、脱落。

超新星被划分为两大类，第一类超恒星比太阳质量高出了大约8倍，超新星在自身重力挤压下向内塌缩，核心区塌陷引发了超新星的爆发，第二大类超恒星由白矮星转化而来，当受到附近恒星的引力作用时，白矮星变得极不稳定，发生了所谓的Ia类超新星暴。不同类型的超新星产生不同比例的化学元素，其中核心区塌陷的超新星产生的大多数元素的分布范围包括了氧和硅，而通过白矮星爆发产生的主要重元素包括铁和镍。通过在大体量空域中观测重元素的分布，比如：化学元素在星系团的配置，天文学家掌握了重元素何时、何地和怎样产生的特征。超新星炼制的化学元素在星际空间广泛扩散、混合，超新星释放的化学元素物质变成了下一代恒星的组成材料。

大体量空域所包含的化学元素构成依赖于不同超新星类型的混合和超新星炼制的不同化学元素，比如：在太阳和太阳系总的化学元素构成中，大致是每5颗核心塌陷类超新星配置了一颗Ia类超新星，或两种类型超新星的混合比例为5:1。斯坦福大学下属的卡福里研究所的粒子天体物理学和宇宙学部(KIPAC)的研究员诺伯特·维尔纳解释说：可在更大尺度上炼制不同比例化学元素的超新星与我们的太阳系进行对比，从这种对比的研究方法中找到超新星类型配比的数据。

维尔纳带领的天文团队在早期的研究中已从朱雀卫星的数据中发现，铁元素在英仙座星系团的分布均匀一致，但没有得到主要由核心塌陷类超新星炼制的更轻元素的分布信息，他们从室女座星系团获得了观测数据，《天体物理学杂志通讯》报告了他们的分析成果，西米欧列斯库和同事第一次探测到贯穿整个星系的铁、镁、硅和硫元素，这些元素在整个星系尺度上有稳定的比例，大体上和太阳以及银河系中大多数恒星的元素构成保持了一致性。

星系团覆盖了巨大的空间区域，天文学家以星系团为例证，在宇宙尺度上推测化学元素的平均成分，而宇宙尺度的化学元素表现了很好的混合性，在最大尺度上显示了最小差异性。同样的超新星类型配比呈现了同样的化学元素比例，由此推断，太阳系的化学元素比例也适用于宇宙中和太阳系有同样超新星类型配比的恒星系。进一步推断，在宇宙诞生之后的20亿至40亿年，恒星在宇宙史的这段时期诞生的速率最大，它们和太阳大致有相同比例的化学元素。对地球生命非常重要的化学元素不仅在地球保持了平均的比例，而且在大部分宇宙空间的尺度也保持了相似的比例。生命成长所需的化学元素比例在整个宇宙普遍存在，生命诞生的物质基础有一种“普世价值”。

朱雀卫星在2005年7月10发射升空，马里兰州绿带的戈达德太空飞行中心为朱雀卫星设计了X-射线太空望远镜和数据处理软件。朱雀卫星至今运行了10年，达到了生命周期设计指标的5倍，2005年10月26日，日本航天局发布了朱雀卫星停止飞行使命的消息，朱雀卫星由于“健康原因”退出了X-射线太空观测舞台。戈达德太空飞行中心X-射线天体物理学天文台的主管罗伯特·彼得解释说，朱雀卫星在长达10年的时间为研究人员提供了有前瞻性影响的观测数据，朱雀卫星退役后，它的“继任者”是ASTRO-H，第6代X-射线天文卫星在2016年发射升空。

（编译：2015-10-27）