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光谱仪在甚大望远镜上首次鉴定中子星碰撞产生

2019-11-03 10:35

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科技日报北京10月27日电 2017年,科学家首次探测到两颗中子星并合产生的引力波,引发科学界一片狂欢,但故事并没有结束!研究人员在最新一期《自然》杂志撰文称,他们对这次并合产生的数据进行重新分析,首次确认重元素锶来自于这场并合。证实宇宙中较重的元素可以在中子星并合中产生。

10月24日消息,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。

据物理学家组织网24日报道,2017年,在探测到中子星并合产生的引力波后,欧洲南方天文台将包括甚大望远镜在内的多个望远镜指向了震源:名为“GW170817”的中子星并合事件。天文学家们怀疑,如果在中子星碰撞中确实形成了更重的元素,这些元素的“蛛丝马迹”会在并合产生的爆炸残骸——巨新星内“现形”。现在,他们借助VLT上的X-shooter光谱仪首次证实了这一点。

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。

自上世纪50年代以来,天文学家一直在研究制造元素的物理过程。几十年内,除了“漏网之鱼”锶之外,他们发现了每个主要放射性元素在太空中形成的位置:普通恒星、超新星爆发、古老恒星的外层等,但一直未曾发现创造出更重元素的过程——快速中子捕获的发生位置。

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。

在快速中子捕获过程中,原子核足够快地捕获中子,使极重元素被制造出来。尽管许多元素是在恒星的内核产生的,但要制造出比铁更重的元素,则需要拥有更多自由中子的更高温环境。快速中子捕获仅在原子被大量中子轰击的极端环境中发生。

研究的主要作者达拉赫·沃森说:“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。

研究主要作者、丹麦哥本哈根大学的达拉赫⋅沃森说:“通过重新分析2017年合并后的数据,我们确定了锶的特征,证明了中子星并合在宇宙中创造了这一元素。”在地球上,锶存在于土壤中,并集中于某些矿物质中,锶盐可使烟花呈现出绚烂的红色。

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。”

马克斯⋅普朗克天文学研究所的卡米拉⋅朱尔⋅汉森表示:“这是我们首次将通过中子捕获形成的新物质与中子星并合直接联系在一起,证实了中子星由中子构成,并将快速中子捕获过程与这种并合联系在一起。”

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,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。

GW170817事件是对引力波的第五次证明,“幕后功臣”是美国的激光干涉仪引力波天文台和意大利的“室女座”引力波干涉仪。这次并合发生于星系NGC 4993中,是迄今唯一一个被地球上的望远镜探测到的引力波源。

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