人类首次探测到中子星合并中形成的重金属元素——锶

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当两颗中子星相撞时,它们不仅仅会燃放焰火,新星的强烈撞击也产生了重元素,将它们播撒到整个宇宙中。现在,天文学家首次在一颗中子星千新星中发现了一种新形成的元素。元素是锶,它的探测证实了中子星碰撞确实为产生比铁重的元素提供了条件。

当两颗中子星相撞时,它们不仅仅会燃放焰火,新星的强烈撞击也产生了重元素,将它们播撒到整个宇宙中。现在,天文学家首次在一颗中子星千新星中发现了一种新形成的元素。元素是锶,它的探测证实了中子星碰撞确实为产生比铁重的元素提供了条件。2017年8月,当人类通过运气、聪明才智和热情的结合捕捉到我们的第一次中子星碰撞时,数据表明天文学家已经怀疑了一些事情。也就是说,这些高能事件产生了诸如金、铀和铂等重金属。但是,虽然合并的光谱分析,GW 170817显示吸收特性与重元素的生产相一致,但事实上,正是由于光谱的复杂性,我们对中子星合并的理解有限。现在,一个国际天文学家小组重新分析了X-shooter仪器在超大望远镜上拍摄的光谱,发现了锶的吸收特征。丹麦哥本哈根大学(University of Copenhagen)天体物理学家达拉赫·沃森(Darach Watson)说:“这是数十年来寻找元素起源的最后阶段。”

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(ESO/L. Calçada/M. Kornmesser)

“我们现在知道,创造这些元素的过程主要发生在普通恒星、超新星爆炸或老恒星的外层。但是,直到现在,我们还不知道最后一个未被发现的过程,即所谓的快速中子俘获的位置,这个过程在周期表中产生了更重的元素。”我们知道,在宇宙最早期,最轻的元素,氢和氦,形成得比较快。有一段时间,几乎就是这样,直到引力开始把物质拉到一起创造恒星。在它们的核心,这些恒星把氢熔化成氦,然后氦熔化成碳,等等,而更大质量的恒星能够把核熔化成铁。但是生成铁(周期表上的第26个元素)——是恒星停止的时期,因为没有能量可以从它的聚变中提取出来。我们需要快速中子俘获过程,或者说R过程,才能从那里开始加速。真正高能的爆炸可以产生一系列核反应,其中原子核与中子碰撞,合成比铁重的元素。这些反应需要发生得足够快,以至于在核中加入更多的中子之前,放射性衰变没有机会发生。这意味着它需要发生在有很多自由中子漂浮的地方——就像一颗大质量恒星生命末期的超新星,或者是中子星碰撞产生的新星,而gw 170817产生了一个以20%到30%光速向外膨胀的物质外壳,而大多数物质被认为是由新形成的元素组成的。

元素可以吸收特定波长的光,因此当科学家观察波长光谱时,他们可以看到哪些波长被吸收了,吸收了多少,并将这些波长与特定元素连接起来。

哥本哈根大学(University of Copenhagen)的天体物理学家乔纳坦·塞尔辛(Jonatan Selsing)解释说:“我们实际上想出了一个想法,那就是我们可能在事件发生后很快就能看到锶。”“然而,证明这一点显然是非常困难的。这一困难是由于我们对周期表中较重元素的光谱外观了解非常不全面。”研究人员对观察到的光谱进行了建模,并对合成光谱进行了研究,试图对所产生的元素有更深入的了解。他们说,他们在x-shooter数据中观察到的350和850纳米波长的显著吸收特征,与周期表上第38个元素锶(绝对比铁重)的质量价值约为地球的5倍一致。太多锶了——想想你能制造多少原子钟。这意味着我们现在可以比以往任何时候都更加肯定,这些爆炸真的可以产生R过程。马克斯普朗克天文研究所的天文学家卡米拉·朱尔·汉森(Camilla Juul Hansen)说:“这是我们第一次将通过中子俘获形成的新材料与中子星合并直接联系起来,确认中子星是由中子构成的,并将长期争论的快速中子俘获过程与这种合并联系在一起。”

这项研究已发表在《自然》杂志上。

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