兩顆中子星碰撞并合并產(chǎn)生基洛諾瓦爆炸的詹姆中星中鍛造黃插圖。（圖片來(lái)源:uux.cn/羅賓·迪內(nèi)爾/卡內(nèi)基科學(xué)研究所）
（神秘的斯韋地球uux.cn）據(jù)美國(guó)太空網(wǎng)（羅伯特·李）：科學(xué)家們分析了一種異常長(zhǎng)的高能輻射爆炸，稱(chēng)為伽馬射線爆發(fā)（GRB），伯太并確定它源于兩顆超密度中子星的空望碰撞。重要的遠(yuǎn)鏡宇宙是，這一結(jié)果幫助研究小組觀察到同一事件發(fā)出的發(fā)現(xiàn)閃光，證實(shí)這些合并是合并產(chǎn)生黃金等元素的場(chǎng)所。
利用詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡（JWST）和哈勃太空望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行的詹姆中星中鍛造黃觀測(cè)使科學(xué)家們能夠看到黃金和重元素的鍛造，這可以幫助我們更好地理解這些強(qiáng)大的斯韋中子星合并事件如何在宇宙中產(chǎn)生唯一一個(gè)足夠動(dòng)蕩的環(huán)境，以產(chǎn)生比鐵更重的伯太元素，例如銀和金，空望從而產(chǎn)生一種稱(chēng)為基洛諾瓦的遠(yuǎn)鏡宇宙閃光。
研究小組成員、發(fā)現(xiàn)羅馬大學(xué)天體物理學(xué)家埃莉諾拉·特羅亞告訴《Space.com》:“用哈勃和JWST望遠(yuǎn)鏡強(qiáng)大的合并眼睛來(lái)研究一顆前所未見(jiàn)的基洛諾娃真是令人興奮。”“這是詹姆中星中鍛造黃我們第一次能夠證實(shí)比鐵和銀重的金屬是在我們面前新鮮制造的，”
伽馬射線暴是已知宇宙中最強(qiáng)大的能量爆炸，以前曾與中子星合并有關(guān)——但這次發(fā)現(xiàn)不同。
這些現(xiàn)象可以分為兩組。一方面，有持續(xù)2秒以上的長(zhǎng)暴，另一方面，有持續(xù)不到2秒的短暴。雖然中子星合并與短伽馬射線暴有關(guān)，但長(zhǎng)伽馬射線暴被認(rèn)為是大質(zhì)量恒星坍縮的結(jié)果，而不是這種碰撞的結(jié)果。
這次極其明亮而漫長(zhǎng)的爆發(fā)被命名為GRB 230307A，由美國(guó)國(guó)家航空航天局費(fèi)米任務(wù)上的設(shè)備于2023年3月探測(cè)到，持續(xù)了200秒；這標(biāo)志著GRB有史以來(lái)第二精力充沛。它似乎與一顆編號(hào)為2017gfo的基洛諾娃和一顆發(fā)生在大約830萬(wàn)光年外的中子星合并有關(guān)，打破了通常的GRB慣例，并對(duì)這些高能輻射爆炸如何發(fā)射的理論提出了挑戰(zhàn)。
羅馬大學(xué)博士后天體物理學(xué)家、研究小組負(fù)責(zé)人于？告訴記者:“很難想象來(lái)自致密雙星合并的伽馬射線暴持續(xù)時(shí)間可以延長(zhǎng)到幾十秒。”。
伽馬射線的發(fā)現(xiàn)可能是一座宇宙金礦
恒星就像鍛造元素周期表中元素的恒星熔爐，從氫在其內(nèi)核中核聚變?yōu)楹ら_(kāi)始，然后氦聚變?yōu)榈⒀鹾吞嫉雀氐脑亍?br>質(zhì)量最大的恒星，大約是太陽(yáng)的7到8倍，可以在它們的心臟中鍛造元素直至鐵。一旦恒星內(nèi)核充滿(mǎn)了這種元素，核聚變就會(huì)停止。這也切斷了數(shù)百萬(wàn)年甚至數(shù)十億年來(lái)支撐恒星對(duì)抗自身引力的向外能量線。然后這些大質(zhì)量恒星的核心在這種毀滅性的引力下坍塌，在超新星爆炸中吹走它們的外層。
這種坍縮改變了恒星內(nèi)核，將電子和質(zhì)子粉碎成流動(dòng)中子的海洋，中子是原子核中很少“自由”存在的粒子。然而，在這片海洋中，中子被一種名為中子簡(jiǎn)并壓的量子原理阻止擠壓在一起，而中子簡(jiǎn)并壓可以被足夠大的質(zhì)量所克服，從而產(chǎn)生黑洞。但有時(shí)沒(méi)有足夠的質(zhì)量讓黑洞形成。
那些沒(méi)有質(zhì)量來(lái)克服簡(jiǎn)并壓力的死亡恒星核心留下了12英里（20公里）寬的黑洞，質(zhì)量是太陽(yáng)的1到2倍。然而，有一種方法可以使中子星向宇宙貢獻(xiàn)比鐵更重的元素。
并非所有的中子星都是單獨(dú)存在的。
一些在中子星雙星系統(tǒng)中穿越宇宙，這意味著它們的引力魔爪中還有另一顆中子星。當(dāng)這些死亡的恒星相互環(huán)繞時(shí)，它們使空間結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了稱(chēng)為引力波的漣漪，逐漸從系統(tǒng)中帶走角動(dòng)量。
這導(dǎo)致中子星螺旋在一起，發(fā)出更快的久而久之引力波，并一前一后“泄漏”更多的角動(dòng)量。最終，兩者碰撞并融合。這種碰撞產(chǎn)生了伽馬射線爆發(fā)，并發(fā)出富含中子的物質(zhì)噴霧，有助于產(chǎn)生元素周期表中的較重元素。
這些碰撞周?chē)钠渌雍送ㄟ^(guò)快中子俘獲過(guò)程（r過(guò)程）捕獲自由中子，并成為短暫存在的超重元素，稱(chēng)為“鑭系元素”。這些鑭系元素隨后迅速衰變?yōu)檩^輕的元素（盡管這些元素仍然比鉛重。）這種衰變導(dǎo)致輻射的發(fā)射，我們從地球上看到的光稱(chēng)為“基洛諾瓦”因此，追蹤基洛諾瓦的演化有助于跟蹤金和銀等元素的創(chuàng)造。
“中子星合并可能會(huì)產(chǎn)生一個(gè)廣泛合成重元素的理想環(huán)境，這是目前人工創(chuàng)造無(wú)法實(shí)現(xiàn)的，”楊說(shuō)。“研究中子星合并有助于我們重寫(xiě)核合成的晦澀章節(jié)。“
宇宙煉金術(shù)在行動(dòng)
楊解釋說(shuō)，在幾周到幾個(gè)月的時(shí)間里，基諾娃的行為范圍很廣。這些行為取決于噴射物質(zhì)的成分和合并點(diǎn)中心形成的殘余物的類(lèi)型。
對(duì)大多數(shù)基諾娃的觀察并沒(méi)有延伸到它們進(jìn)化的這么晚的時(shí)間——但在2017gfo卻不同。然而，不幸的是，由斯皮策太空望遠(yuǎn)鏡收集的AT2017gfo的后期觀測(cè)數(shù)據(jù)有限。它們只能提供被基洛諾瓦主星系污染的微弱信號(hào)，并且在不同波長(zhǎng)的光下覆蓋范圍不足。
“在最初的幾天里，基洛諾娃的行為不受其化學(xué)成分的影響，”Troja解釋說(shuō)。“需要幾周時(shí)間才能揭示爆炸中鍛造的金屬，我們從未有機(jī)會(huì)盯著一顆基洛諾娃看那么久。”
這些限制阻礙了科學(xué)家更好地理解基洛諾瓦及其產(chǎn)生過(guò)程。
然而，在AT2017gfo的情況下，和哈勃觀測(cè)的靈敏度和多色覆蓋范圍使楊及其同事能夠在后期觀測(cè)到這顆千新星的光度。
“我們跟蹤了與GRB 230307A爆發(fā)后兩個(gè)月相關(guān)的瞬態(tài)事件的演變，并捕捉到了這一瞬態(tài)從藍(lán)到紅的完整演變過(guò)程，這可以被歸類(lèi)為基洛諾瓦，”楊說(shuō)。“我們?cè)诤笃诎l(fā)現(xiàn)了光球半徑的衰退。漸行漸遠(yuǎn)的光球半徑為重元素（如鑭系元素）在冷卻過(guò)程中的重組提供了證據(jù)。需要大量的r-process元素來(lái)產(chǎn)生觀察到的數(shù)據(jù)。”
這證實(shí)了中子星合并確實(shí)鍛造了比黃金更重的元素，甚至證實(shí)了長(zhǎng)伽馬射線暴可以來(lái)自中子星合并。人們認(rèn)為，它還沒(méi)有解開(kāi)這個(gè)特殊的中子星合并為什么會(huì)產(chǎn)生如此異常長(zhǎng)的GRB的謎團(tuán)。
“這一事件證明，來(lái)自緊湊的二元合并的長(zhǎng)期GRB不是偶然發(fā)生的，”楊說(shuō)，并補(bǔ)充說(shuō)，關(guān)于這些事件還有很多問(wèn)題需要回答。“對(duì)基洛諾瓦的晚期觀測(cè)能為核合成提供什么啟發(fā)性的啟示？
“我們期待未來(lái)對(duì)長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間伽馬射線爆發(fā)、基洛諾瓦和引力波的聯(lián)合觀測(cè)，這將有助于揭開(kāi)關(guān)于這些異常值的神秘面紗。”
該團(tuán)隊(duì)的研究于周三（2月21日）發(fā)表在《自然》雜志上。