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哈勃觀察中子星碰撞和爆炸產生黑洞和“誕生原子”

中子星


哈勃觀察中子星碰撞和爆炸產生黑洞和“誕生原子”


兩顆碰撞的中子星產生黑洞的圖示 。（圖片來源：O.S.SALAFIA、G.GHIRLANDA、CXC/NASA、GSFC、B.WILLIAMS等人）
據美國太空網（Robert Lea）：天文學家目睹了兩顆中子星之間的巨大碰撞 ， 這導致了有史以來最小的黑洞的誕生，并鍛造了金、銀和鈾等貴金屬 。
該團隊對這場發生在距離我們1.3億光年的星系NGC 4993中的劇烈而強大的碰撞的快照是用一系列儀器創建的，包括哈勃太空望遠鏡 。它有望描繪出這些密集的死恒星合并的“過去、現在和未來” 。這可能揭示比鐵更重的元素的起源，即使是最大質量的恒星也無法鍛造鐵 。
中子星的碰撞和合并產生了一股強大的光爆炸，稱為“千新星” 。隨著這一事件的殘骸以接近光速的速度膨脹，千新星用數億個太陽的亮度照亮了周圍的環境 。
由Neils Bohr研究所宇宙黎明中心的科學家領導的一個研究小組在著手調查千新星的奧秘時，得出了中子星合并的新圖像 。
宇宙黎明中心的研究員、團隊成員Rasmus Damgaard在一份聲明中說：“我們現在可以看到原子核和電子在余輝中結合的時刻 ?！?。我們第一次看到原子的產生，我們可以測量物質的溫度 ， 我們可以看到這個遙遠爆炸中的微觀物理學 。"
“這就像從四面八方欣賞我們周圍的三個宇宙背景輻射，但在這里，我們可以從外面看到一切 。我們可以看到原子誕生之前、期間和之后的一切 。”
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當質量至少是太陽8倍的恒星耗盡核聚變燃料，無法再抵抗自身引力時，中子星就誕生了 。
這些恒星的外層在超新星爆炸中被炸開，留下一個質量相當于1到2個太陽的恒星殘骸，被壓碎成直徑約12英里（20公里） 。
核心的坍塌迫使電子和質子結合在一起，形成了一個被稱為中子的粒子海洋 。這種物質非常致密，如果帶到地球上，一個方糖大小的中子星物質將重達10億噸 。這相當于將150000000頭大象塞進一個方糖所占的同一空間 。
這種極端和奇特的物質在創造比鐵重的元素方面發揮著關鍵作用，這可能并不奇怪 。

哈勃觀察中子星碰撞和爆炸產生黑洞和“誕生原子”


一幅插圖顯示了中子星碰撞后爆發的物質云（圖片來源：美國國家航空航天局戈達德/CI實驗室）
中子星并不總是孤立存在 。其中一些死恒星與一顆伴星一起占據了雙星系統 。在極少數情況下 ， 這顆伴星的質量也足以產生中子星，而且它不會被產生第一顆中子星的超新星爆炸“踢走” 。
結果是一個由兩顆中子星相互繞軌道運行的系統 。這些物體非常密集 ， 當它們相互旋轉時 ， 它們會在時空（空間和時間的四維統一）中產生漣漪，稱為引力波，在空間中漣漪，帶走角動量 。
隨著系統失去角動量，中子星的軌道會收緊，這意味著中子星會彼此靠近 。這導致引力波傳播得越來越快，帶走了越來越多的角動量 。
當中子星足夠接近，其巨大的引力能夠接管并拖動這些密度極高的死恒星發生碰撞和合并時，這種情況就結束了 。
這次碰撞噴出了溫度高達數十億度的富含中子的物質，比太陽熱數千倍 。這些溫度是如此之高，以至于它們與大爆炸后一秒鐘迅速膨脹的宇宙的溫度相似 。

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一位藝術家描繪了碰撞的中子星在時空中發出被稱為引力波的漣漪 。（圖片來源：R.Hurt/Caltech JPL）
由碰撞的中子星產生的電子和中子等噴射粒子在身體周圍跳舞，中子星迅速坍縮，在等離子體霧中形成黑洞 ， 在接下來的幾天里冷卻 。
這種冷卻的等離子體云中的原子通過所謂的快速中子捕獲過程（r過程）快速捕獲自由中子，并捕獲自由電子 。這會產生非常重但不穩定的粒子 ， 這些粒子會迅速衰變 。這種衰變釋放出天文學家認為是千新星的光，但它也產生了比鐵重的較輕元素 ， 如金、銀和鈾 。
該團隊觀察到粒子的余輝被捕獲以鍛造鍶和釔等重元素，并推斷其他重元素無疑是在這次中子星碰撞后產生的 。
Niels Bohr研究所的研究員、團隊成員Kasper Heintz說：“物質膨脹得如此之快 ， 體積也如此之大，以至于光穿過爆炸需要幾個小時 ?！??！斑@就是為什么，僅僅通過觀察火球的遠端，我們就可以看到爆炸歷史的更久遠 。在我們更近的地方，電子已經鉤住了原子核 ， 但在另一邊，在新生黑洞的遠端 ， ‘現在’仍然只是未來 ?！?br>如果沒有全球及其他地區的望遠鏡的合作，該團隊的結果是不可能的 。
“這場天體物理爆炸每小時都在急劇發展，所以沒有一臺望遠鏡可以追蹤到它的整個故事 。單個望遠鏡對這一事件的視角被地球的旋轉所阻擋，”團隊負責人、尼爾斯·玻爾研究所研究員Albert Sneppen在聲明中說 。“但是，通過結合澳大利亞、南非和哈勃太空望遠鏡的現有測量結果，我們可以非常詳細地了解它的發展 ?！?br>該團隊的論文于周三（10月30日）發表在《天文學與天體物理學》雜志上 。