天文学家首次检测到中子星碰撞产生了重元素

2020-03-16 13:16:51 未知
浏览
天文学家首次检测到中子星碰撞产生了重元素

天文学家首次检测到中子星碰撞产生了重元素

欧洲南方天文台的科学家在两个中子星合并之后,有史以来第一次在太空中发现了重元素锶。

2017年,欧洲南方天文台的“激光干涉仪引力波望远镜”(LIGO)和欧洲"室女座干涉仪望远镜"(VIRGO)检测到了两个中子星合并产生的引力波。该合并事件名为GW170817,距星系NGC 4993大约1.3亿光年。

基于NGC 4993中的千新星光谱

天文学家推测,如果在中子星碰撞中确实形成了更重的元素,这些元素的特征就会在新星爆炸后的核爆炸中被发现。在GW170817合并之后,欧洲南方天文台的望远镜开始监视各种波长范围内正在出现的“千新星爆炸”。科学家拍摄了从紫外线到近红外的一系列光谱,对这些光谱的初步分析表明,在千新星中存在重元素,但是,直到现在天文学家才查明单个元素。

千新星是一类发生于双致密天体并合过程中的暂现天文事件。由于在并合过程中产生各向同性的物质抛射和重的R-过程元素的放射性衰变,千新星被认为可以发出短伽玛射线暴和强电磁辐射。

红色圆圈处为NGC 4993星系的位置

研究的主要作者丹麦哥本哈根大学达拉赫·沃森(Darach Watson)助理教授在《自然》科学期刊上撰文表示:“通过重新分析合并后的2017年数据,我们现在确定了一个重元素锶的特征,它证明中子星的碰撞在宇宙中造就了这一元素。”在地球上,锶自然存在于土壤中,并集中在某些矿物质中。它被用来给烟火发出艳丽的红色。

从1950年代以来,天文学家就知道产生这些元素的物理过程。沃森说:“这是长达数十年的追逐行动,目的是确定元素的来源。我们现在知道,产生元素的过程主要发生在普通恒星,超新星爆炸或旧恒星的外层。但是,直到现在,我们还不知道最终的,未被发现的过程(称为快速中子捕获)的位置,该过程在元素周期表中产生了更重的元素。”

快速中子捕获是一个过程,其中原子核足够快地捕获中子以允许产生非常重的元素。尽管许多元素是在恒星的核心中产生的,但要制造出比铁重的元素(例如锶),则需要更高温的环境,其中需要大量的中子。快速中子捕获仅在原子被大量中子轰击的极端环境中自然发生。

德国马克斯·普朗克天文学研究所的卡米拉·朱尔(Camilla Juul)表示:“这是我们首次将通过中子俘获形成的新创造的物质与中子星合并直接联系起来,这证实了中子星是由中子构成的,并且将长期争论不休的快速中子俘获过程与这种合并联系在一起。”

由于对其爆炸所产生的光谱中的这些新现象和其他复杂性的了解有限,科学家们才刚刚开始了解中子星合并和千新星。