科學(xué)家們終于弄清了生命基礎(chǔ)碳-12在恒星中的形成過程

更準(zhǔn)確地說，我們是碳基生命形式。地球上的所有生命都以碳-12元素為基礎(chǔ)。事實(shí)證明，這種東西是生命的一個(gè)重要通道。那么，宇宙怎么會(huì)有足夠的它來制造你和我以及我們星球上的所有生命呢？天體物理學(xué)家和核物理學(xué)家認(rèn)為，通過使用超級(jí)計(jì)算機(jī)模擬創(chuàng)造碳的過程，他們有一個(gè)答案。事實(shí)證明，這不是很容易。

碳-12的配方需要一個(gè)壓力鍋和大量的源材料。恒星內(nèi)部或恒星碰撞或爆炸期間的環(huán)境提供了壓力鍋。里面的成分是氦-4原子和一個(gè)理論上被禁止的叫做鈹-8（8Be）的原子核。把它們放在一起，最終，你會(huì)得到碳-12。目前沒有辦法在實(shí)驗(yàn)室里復(fù)制這個(gè)配方，以測(cè)試它并證明這個(gè)過程。這是因?yàn)槟阈枰臏囟群蛪毫χ淮嬖谟诤阈莾?nèi)部。天體物理學(xué)家簡述了這個(gè)過程，并且通過超級(jí)計(jì)算機(jī)模擬進(jìn)行了證明。

恒星的核心參與了一個(gè)叫做核合成的過程。在其生命的大部分時(shí)間里，恒星是一個(gè)巨大的氫氣球體。在內(nèi)部，條件正好適合它融合氫原子，以制造氦原子。再進(jìn)一步，將兩個(gè)氦原子融合在一起，你就得到了8Be。然后有一個(gè)化學(xué)反應(yīng)涉及三個(gè)被稱為"α粒子"的氦核和壽命很短的8Be。如果恒星內(nèi)部的條件恰到好處，阿爾法粒子和8Be可以融合在一起。這構(gòu)成了碳-12生產(chǎn)的基礎(chǔ)。這就是"三重阿爾法"過程，發(fā)生在這些內(nèi)部溫度極高（如高于108K）的較老的恒星內(nèi)部。

愛荷華州立大學(xué)和東京大學(xué)的科學(xué)家們創(chuàng)建了一個(gè)復(fù)雜的超級(jí)計(jì)算機(jī)模型，說明α粒子（氦-4原子）和8Be核如何結(jié)合形成更重的原子。在他們的模型中，這個(gè)反應(yīng)創(chuàng)造了一個(gè)不穩(wěn)定的激發(fā)碳-12狀態(tài)，稱為霍伊爾狀態(tài)。研究人員創(chuàng)建了一個(gè)強(qiáng)大的模擬環(huán)境，來模擬在恒星內(nèi)創(chuàng)造碳-12的過程。然后，他們?cè)谌毡旧駪舻睦砘瘜W(xué)計(jì)算科學(xué)中心的Fugaku超級(jí)計(jì)算機(jī)上運(yùn)行它。該團(tuán)隊(duì)還開發(fā)了計(jì)算人工智能方面的新技術(shù)，現(xiàn)在，碳-12生產(chǎn)的基本問題似乎已經(jīng)被模擬所回答。