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首次鉴定中子星碰撞产生的重元素

更新时间:2020-09-13 08:54点击:

  在两个中子星合并之后,首次在太空中发现了一种新鲜制作的重元素锶。ESO的X-shooter光谱仪在甚大望远镜(VLT)上观察到了这一发现,该发现今天在《自然》杂志上发表。这项检测证实了宇宙中较重的元素可以在中子星合并中形成,从而弥补了化学元素形成难题的缺失。

首次鉴定中子星碰撞产生的重元素

  2017年,在探测到穿过地球的引力波之后,ESO将其包括VLT在内的智利望远镜指向了震源:名为GW170817的中子星合并。天文学家怀疑,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。这是欧洲研究人员团队现在使用ESO VLT上的X-shooter仪器的数据完成的工作。

  在GW170817合并之后,ESO的望远镜队开始监视各种波长范围内正在出现的千伏爆炸。特别是X-shooter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,在千伏新星中存在重元素,但是直到现在天文学家才能查明单个元素。

  研究的主要作者达拉赫·沃森(Darach Watson)说:“通过重新分析合并后的2017年数据,我们现在已经确定了火球锶中一个重元素的特征,证明中子星的碰撞在宇宙中造就了这一元素。”丹麦哥本哈根大学。在地球上,锶自然存在于土壤中,并集中在某些矿物质中。它的盐用来使烟火呈现出鲜艳的红色。

  自1950年代以来,天文学家就知道产生这些元素的物理过程。在随后的几十年中,他们发现了除了一个之外的所有这些主要核锻造的宇宙场所。沃森说:“这是长达数十年的追逐行动,目的是确定这些元素的起源。”“我们现在知道,产生这些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,我们还不知道最终未被发现的过程的位置,即快速中子俘获,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。

  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。”海德堡马克斯·普朗克天文学研究所的汉森在这项研究中发挥了重要作用。

  科学家们才刚刚开始更好地了解中子星合并和千新星。由于对VLT的X-shooter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,因此直到现在,天文学家仍无法识别单个元素。

  “实际上,我们想到了在事件发生后我们很快就会看到锶的想法。但是,证明事实证明该情况非常困难。这一困难是由于我们对光谱的光谱学知识不完全所致。元素周期表中的重元素”,哥本哈根大学研究员乔纳坦·塞尔辛(Jonatan Selsing)说,他是论文的主要作者。

  GW170817的合并是对重力波的第五次检测,这要归功于NSF在美国的激光干涉仪引力波天文台(LIGO)和意大利的处女座干涉仪。这次合并位于银河系NGC 4993中,是第一个,也是迄今为止唯一一个被地球上的望远镜探测到的可见波对应的引力波源。

  随着LIGO,处女座和VLT的共同努力,我们还没有中子的内部运作的最清晰的了解恒星和它们的爆炸性并购。


首次鉴定中子星碰撞产生的重元素