天文学家在中星合并产生明亮的伽马射线爆发后发现了重元素

包括克莱姆森大学天体物理学家迪特·哈特曼在内的一个国际天文学家小组获得了两颗中子星合并引发的灾难性爆炸后稀有重元素产生的观测证据。

这次大规模爆炸释放了伽马射线暴，GRB230307A，是 50 年来观测中第二亮的伽马射线暴，比典型伽马射线暴亮约 1,000 倍。GRB230307A 于 2023 年 3 月 7 日首次被 NASA 的费米伽马射线太空望远镜探测到。

使用多个太空和地面望远镜，包括 美国宇航局的詹姆斯·韦伯太空望远镜，这是迄今为止发射到太空中最大、最强大的望远镜，科学家们能够查明天空中伽马射线暴的来源，并跟踪其亮度的变化。 。

根据收集到的信息，研究人员确定这次爆发是两颗中子星在距离地球 10 亿光年的星系中合并形成千新星的结果。研究人员观察到了地球上最稀有元素之一碲的证据。

这一突破性的发现使天文学家距离解开比铁重的元素起源之谜又近了一步。

“我是一名高能天体物理学家。我喜欢爆炸。我喜欢它们发出的伽马射线。但我也是一位真正关心重元素如何形成等基本问题的天文学家，”哈特曼说。

伽马射线爆发(GRB)是伽马射线光的爆发——能量最高的光形式——持续时间从几秒到几分钟不等。20 世纪 60 年代，为监测核试验而建造的卫星首次发现了伽玛暴。

伽玛暴有不同的成因。

持续时间长的伽马射线暴是由超新星引起的，超新星是一颗大质量恒星到达其生命终点并爆发出光芒的时刻。短持续时间伽玛暴是由两颗中子星(称为千新星)合并或中子星和黑洞合并引起的。

尽管GRB230307A持续了200秒，科学家们还是看到了余辉颜色从蓝色变为，这是千新星的标志。

“爆发本身实际上表明了一个持续时间较长的事件，它应该是一个正常的超新星类型的情况。但它有不寻常的特征。它不太符合长爆发的模式，”哈特曼说。“事实证明，这个放射性云，那个千新星余辉，里面有所有这些核合成指纹，是二元合并的标志。令人兴奋的是使用韦伯来识别化学指纹，我们原本预计会出现短爆发，但在长爆发中却看到了它。”

哈特曼说，大爆炸产生了氢和氦。所有其他元素都是由恒星和星际介质中的过程产生的。

“其中一些质量足够大，足以爆炸，它们会将这些物质返回到气态环境中，从而形成新的恒星。因此，宇宙中存在一个循环，使我们的碳、氮、氧以及我们需要的所有物质更加丰富，”他说。“我们称星星为宇宙的大锅。”

热核反应或聚变使恒星发光。哈特曼说，这将相继导致更多重元素的产生。但当它开始熨烫时，就没有多少能量可以挤出了，他说。

那么，金、铀等重元素从何而来呢?

“重元素有特殊的起源。有两个过程占主导地位。其一曰快;其一曰急。另一个叫慢。我们相信 r 过程发生在那些中子星合并中，”哈特曼说。

理论模型表明千新星应该产生碲，但詹姆斯·韦伯太空望远镜检测到的谱线提供了实验证据。谱线是连续光谱内的暗线或亮线。它是由原子或离子内的跃迁产生的。

哈特曼说：“我们认为这是一个相当安全的身份识别，但并没有像他们在法庭上所说的那样排除合理怀疑。”

该研究的详细结果可以在科学杂志《自然》上发表的题为“JWST 观察到的致密天体合并中的重元素产生”的论文中找到 。

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