詹姆斯韦伯太空望远镜发现中子星之间的剧烈碰撞

By Robert Lea

 10 July 2023

Science & Astronomy

望远镜追踪了一个令人难以置信亮的伽马射线暴到一个千新星，一个急剧的据信来锻造像黄金这样的重元素的事件。

两颗中子星碰撞和合并的描画，一个叫千新星的事件。 (Image credit: Robin Dienel/The Carnegie Institution for Science)

用詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST），天文学家已经追踪了一个令人难以置信亮的伽马射线暴（GRB）到它的源头，一个两颗中子星之间的剧烈碰撞。

你手指上的戒指可能包含在像这样的中子星碰撞中锻造的原子，也被称为“千新星”。这是因为，除了炸出长时间伽马射线暴外，千新星据信是宇宙的最重的元素的锻造场所，这些元素不能被在恒星中心的核熔炉合成。

这些元素理论上是被一种叫“中子捕获”或r过程的机制创造，该机制允许原子核来捕获中子，创造新的和更重的元素，包括金、铂和铀。r-过程只能在极端和剧烈的条件进行，例如在碰撞的中子星周围发现的那些条件。 

这是詹姆斯韦伯太空望远镜首次已经被用于检测来自此类事件的发射，强大的太空望远镜还能够来检测在爆炸事件中锻造的重元素的签名。特别是，研究小组看到了重元素碲和镧系元素创造的证据------一组比铅更重的15种金属。 

该团队在一篇详细介绍其发现的论文中写道，“这些观察结果证明伽马射线暴中的核合成能跨广泛的原子质量范围创造r-过程元素，并在跨宇宙的重元素核合成中起一个重要角色”。

由荷兰拉德伯德大学教授安德鲁莱万领导的团队跟踪到它的千新星来源伽马射线暴以它自己的权力也是超常的。被命名为GRB 230307A，最初于2023年3月7日被美国宇航局的费米伽马射线太空望远镜探测到，是从来见过的第二亮的伽马射线暴。

伽马射线暴持续了大约34秒，并被其他多个望远镜发现，这允许它能够被天文学家三角测量回到它的源头。哥伦比亚大学的团队成员布莱恩·梅茨格（Brian Metzger）周四（7月6日）在一系列推文中讨论了这一成就。

梅茨格写道，“在安德鲁·莱万（Andrew Levan）领导的工作中，我们首次检测到了千新星发射！用詹姆斯韦伯太空望远镜在伽马射线暴之后，也许是最大的情节转折：伽马射线暴 ------所有中第二亮的------持续了半分钟，被r-process生产伴随的一个第二个'长'爆发。可能是一个中子星合并，但它挑战我们的关于中央引擎应该'喷射'多长时间的想法。

詹姆斯韦伯太空望远镜两次观测到了千新星，第一次是在伽马射线暴之后29天，然后在辐射爆炸后61天再次观测到，亮度迅速褪去，这些观测之间从蓝色到红色的转变暗示它的千新星性质。

RELATED STORIES:

— Scientists spot a 'kilonova' flash so bright they can barely explain it

— Astronomers identify 1st twin stars doomed to collide in kilonova explosion

— James Webb Space Telescope (JWST) — A complete guide

     研究小组在千新星附近识别了几个明亮的星系，这些星系可能是这次中子星碰撞的家园，因此也是GRB 230307A的来源。他们喜欢的是这些星系中最亮的星系，它距离地球约830万光年远，与伽马射线暴源偏移约13万光年。

千新星也可能已经被在光以外的另一种发射中发现。中子星的碰撞造成空时的织造以引力波的形式“环响”。这些涟漪能被通过激光干涉仪引力波天文台等探测器在地球上探测到，但是当GRB 230307A亮起来时激光干涉仪引力波天文台并不活跃。当时该设施正处于三年的关闭之中，正在接受升级来使它更加敏感，仅在 2023 年 5 月回来上线。

该团队的发现还处于早期阶段，先于在期刊上发表目前正在进行同行评审。论文的初始版本可能会被修改，发表在研究存储库arXiv。