中子星碰撞首次在JWST中鍛造重金屬

當(dāng)兩顆中子星在十億光年之外相互撞擊時(shí)產(chǎn)生的千新星爆炸被證明是稀有重元素的工廠。

這是詹姆斯韋伯太空望遠(yuǎn)鏡第一次探測(cè)到這樣的事件;而且，在2023年3月7日出現(xiàn)的巨大伽馬射線暴之后，望遠(yuǎn)鏡的數(shù)據(jù)揭示了碲– 一種太重的稀有金屬，無(wú)法通過(guò)融合過(guò)程在恒星的心臟中鍛造。

還有人建議使用其他金屬，例如鎢和硒。研究人員說(shuō)，這一發(fā)現(xiàn)證實(shí)了中子星合并是重元素的來(lái)源，這是我們的宇宙如何制造物質(zhì)并將其傳播到太空的重要組成部分。

“已知的千新星只有少數(shù)幾個(gè)，這是我們第一次能夠用詹姆斯韋伯太空望遠(yuǎn)鏡觀察千新星的后果，”天體物理學(xué)家安德魯·萊萬(wàn)說(shuō)領(lǐng)導(dǎo)分析的拉德堡德大學(xué)。

他補(bǔ)充道，“自德米特里·門捷列夫?qū)懴略刂芷诒硪詠?lái)僅150多年，我們現(xiàn)在終于能夠開(kāi)始填補(bǔ)所有東西產(chǎn)生的最后空白。

星星是相當(dāng)美妙的東西，真的。他們利用構(gòu)成宇宙大部分可見(jiàn)物質(zhì)的氫，一遍又一遍地將其原子粉碎在一起，制造更重的元素：氫變成氦，然后那些較重的原子變成更重的原子，一直到鐵。

不過(guò)，這就是恒星的聚變引擎耗盡魅力的地方。鐵融合成更重的元素需要比釋放的能量更大的能量消耗，使恒星在自身引力的重量下走上了一條通往卡布姆的道路。

但這種高能爆炸也可以產(chǎn)生一系列核反應(yīng)，其中原子核與松散的中子碰撞，合成更重的元素。

反應(yīng)需要足夠快地發(fā)生，以便在更多的中子被添加到原子核之前，放射性衰變沒(méi)有機(jī)會(huì)發(fā)生。這意味著它需要發(fā)生在有很多自由中子漂浮的地方 - 比如在超新星或千新星內(nèi)。這種特殊的核合成過(guò)程被稱為快速中子捕獲過(guò)程，或R 進(jìn)程.

當(dāng)2017年首次觀察到兩顆中子星相撞時(shí)，后果證實(shí)千新星產(chǎn)生r過(guò)程元素?？茖W(xué)家檢測(cè)到鍶的存在，元素周期表上的第38個(gè)元素。

今年三月，當(dāng)一場(chǎng)名為GRB230307A的伽馬射線暴被發(fā)現(xiàn)耀斑時(shí)，科學(xué)家們立即關(guān)注以仔細(xì)觀察。GRB230307A確實(shí)非常壯觀 - 有史以來(lái)最亮的伽馬射線暴之一，比典型和典型明亮1000倍亮度提高一百萬(wàn)倍以上比整個(gè)銀河系還要大。

它的持續(xù)時(shí)間也異常長(zhǎng)，大約200秒。這種長(zhǎng)時(shí)間被認(rèn)為是千新星的特征 - 超新星伽馬射線暴的持續(xù)時(shí)間要短得多。多波長(zhǎng)觀測(cè)證實(shí)了這一點(diǎn)：爆發(fā)后的情況與千新星的起源一致。

由于千新星是r-過(guò)程元素的已知來(lái)源，天文學(xué)家要求用紅外JWST查看爆炸源。

4月5日，他們將望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)向輝光，當(dāng)時(shí)輝光具有重要的紅外成分，并收集了光譜。

這些數(shù)據(jù)揭示了元素周期表上的第52種元素碲的存在。這是相當(dāng)沉重的。這意味著在中子星碰撞的膨脹噴射物中可能存在其他r過(guò)程元素，盡管需要更多的觀測(cè)來(lái)證實(shí)這一點(diǎn)。

值得注意的是，爆炸發(fā)生在一個(gè)非常奇怪的地方：在星系際空間，距離最近的星系12萬(wàn)光年。研究人員確定，這個(gè)星系可能是兩顆中子星起源的地方，是正常的大質(zhì)量恒星;當(dāng)每個(gè)超新星在過(guò)去一段時(shí)間，一個(gè)接一個(gè)地變成超新星時(shí)，爆炸的力量足以將它們趕出銀河系。

研究人員說(shuō)，從這個(gè)迷人的事件中可以學(xué)到更多東西。

“直到最近，我們還不認(rèn)為合并可以為伽馬射線暴提供超過(guò)兩秒鐘的動(dòng)力，”天文學(xué)家本·岡珀茨說(shuō)英國(guó)伯明翰大學(xué)。

“我們的下一個(gè)工作是找到更多這些長(zhǎng)期存在的合并，并更好地了解是什么推動(dòng)了它們 - 以及是否正在創(chuàng)造更重的元素。這一發(fā)現(xiàn)為我們改變理解我們的宇宙及其運(yùn)作方式打開(kāi)了大門。

該研究已發(fā)表在自然界.

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