天体物理学家发现太空中的完美爆炸

当中子星碰撞时， 它们会产生 一次爆炸，与 直到最近才被认为的相反， 它的形状像一个完美的球体。虽然 这如何可能 仍然是个谜，但 这一发现可能为基础物理学和测量宇宙年龄 提供 一把新钥匙 。这一发现是由哥本哈根大学的天体物理学家发现的，并刚刚发表在《 自然》杂志上。

Kilonovae——当两颗中子星相互绕行并最终发生碰撞时发生的巨大爆炸——负责创造宇宙中的大小事物，从黑洞到你手指上金戒指中的原子，再到我们身体中的碘. 它们导致了宇宙中最极端的物理条件，正是在这些极端条件下，宇宙创造了元素周期表中最重的元素，例如金、铂和铀。

但是，对于这种暴力现象，我们还有很多不了解的地方。2017 年在 1.4 亿光年外发现千新星时，科学家们第一次能够收集到详细数据。世界各地的科学家仍在解读这次巨大爆炸的数据，其中包括哥本哈根大学的阿尔伯特·斯内彭和达拉克·沃森，他们有了一个惊人的发现。

“你有两颗超紧凑​​的恒星，它们在坍缩前每秒绕彼此旋转 100 圈。我们的直觉和所有以前的模型都表明，碰撞产生的爆炸云必须具有扁平且相当不对称的形状，”Niels Bohr 研究所的博士生、该研究的第一作者 Albert Sneppen 说，该研究发表在《自然》杂志 上。

这就是为什么他和他的研究同事惊讶地发现，2017 年的千新星完全不是这样。它完全对称，形状接近完美球体。

“没有人预料到爆炸会是这个样子。它是球形的，就像一个球一样，这是没有意义的。但我们的计算清楚地表明它是。这可能意味着我们在过去 25 年中一直在考虑的千新星理论和模拟缺乏重要的物理学，”尼尔斯玻尔研究所副教授、该研究的第二作者 Darach Watson 说。

球形是个谜

但是千新星是如何变成球形的是一个真正的谜。根据研究人员的说法，一定有意想不到的物理现象在起作用：

“使爆炸呈球形最可能的方法是，如果从爆炸中心喷出大量能量，并使原本不对称的形状变得平滑。所以球形告诉我们碰撞的核心可能有很多能量，这是无法预料的，​​”Albert Sneppen 说。

当中子星碰撞时，它们会结合在一起，短暂地成为一颗超大质量中子星，然后坍缩成一个黑洞。研究人员推测，是否正是在这次坍塌中隐藏了很大一部分秘密：

“也许当超大质量中子星坍缩成黑洞时释放出巨大磁场的能量时，就会产生一种‘磁力炸弹’。磁能的释放可能导致爆炸中的物质更呈球形分布。在那种情况下，黑洞的诞生可能是非常有活力的，”Darach Watson 说。

然而，这一理论并没有解释研究人员发现的另一个方面。根据以前的模型，虽然产生的所有元素都比铁重，但极重的元素，如金或铀，应该在千新星中与锶或氪等较轻的元素不同的地方产生，它们应该被排出在不同的方向。另一方面，研究人员只检测较轻的元素，它们在空间中均匀分布。

因此，他们认为神秘的基本粒子——中微子——其中很多内容仍不为人知——也在这一现象中发挥着关键作用。

“另一种想法是，在超大质量中子星存在的几毫秒内，它会释放出非常强大的能量，可能包括大量的中微子。中微子可以使中子转化为质子和电子，从而总体上产生更轻的元素。这个想法也有缺点，但我们相信中微子发挥的作用比我们想象的还要重要，”Albert Sneppen 说。

一个新的宇宙统治者

爆炸的形状也很有趣，原因完全不同：

“天体物理学家对宇宙膨胀的速度进行了大量讨论。除其他外，速度告诉我们宇宙的年龄。现有的两种测量它的方法相差大约 10 亿年。在这里，我们可能有第三种方法可以补充其他测量方法并对其进行测试，”Albert Sneppen 说。

所谓的“宇宙距离阶梯”是当今用来测量宇宙增长速度的方法。这只需计算宇宙中不同物体之间的距离即可完成，这些物体充当梯子上的梯级。

“如果它们是明亮的并且大部分是球形的，并且如果我们知道它们有多远，我们就可以使用千新星作为独立测量距离的新方法——一种新型的宇宙标尺，”Darach Watson 说并继续说道：

“知道形状是什么在这里至关重要，因为如果你有一个非球形的物体，它会发出不同的光，这取决于你的视角。球形爆炸提供了更高的测量精度。”

他强调，这需要来自更多千新星的数据。他们预计 LIGO 天文台将在未来几年探测到更多的千新星。

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