被中子星一起碰撞锻造的千新星爆炸的金矿

By Robert Lea

2023/12/29

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科学家们已经第一次详细的看到在锻造你手指上的黄金的暴力事件中发生什么。

一个中子星之间发动一场千新星爆炸的数值模拟。 (Image credit: I. Markin (University of Potsdam))

包含在你的戒指圆圈上、珠宝的黄金和被用在核电站中的燃料的铀据信来自当两颗叫中子星的超高密度死星碰撞时创造的暴力条件。

这种中子星之间的碰撞也在空时中产生叫引力波的叫伽马射线暴的高能辐射爆炸的涟漪以及一个能被在这里地球上检测到的叫千新星的闪光。2017 年 8 月 17 日来自一个事件的签名被检测到。

现在，一组包括马克斯·普朗克引力物理研究所和波茨坦大学的研究人员的科学家已经用一个先进的软件工具来分析这次千新星爆炸的签名，添加来自其他中子星的射电和X射线观测数据、核物理计算和来自这里在地球上粒子加速器中进行的碰撞实验的结果。

这项努力可以帮助更好了解当超高密度死星一起碰撞来创造科学家知道的能锻造比铁更重的元素的唯一场所的异域的和湍流的环境。

团队成员和马克斯普朗克引力物理研究所科学家蒂姆迪特里希在一份声明中说，“我们的新方法将帮助来分析在极端密度下物质的属性。它还将允许我们来更好了解宇宙的膨胀以及在中子星合并期间重元素被形成到什么程度”。

中子星粉碎为极端宇宙实验室

当大质量恒星到达在它们的核的核聚变燃料的尽头时中子星被诞生。这造成核来迅速的坍塌同时恒星的外层被剥离掉，留下一个有一到两倍太阳质量之间被压扁成一个相当于这里地球上一座城市宽度大约12英里（20公里）的天体。因此，构成一个中子星的物质密度是如此密以至于它的仅一块方糖大小的块当被带到地球上时会重达3000座帝国大厦或整个人类种族。这种死星物质也是超常的，因为它富含正常与质子一起被锁定在原子核中的中子。当中子星碰撞时，这种富含中子的物质的喷溅被发射进太空。这创造一个密包有能很快被其他原子抢走自由中子的环境，创造超出元素周期表极限的非常重的元素------某些科学家叫“快速捕获过程”或“r过程”的东西。

这些元素是不稳定的并衰变成稳定的重元素如金和铀。这种衰变被电磁辐射的发射伴随------形成千新星闪光的光。

这意味着研究在一个中子星合并后发生的千新星是来研究锻造铁以外元素的物理过程的唯一途径，铁不能被在甚至最大质量恒星的炽热的心脏中创造。

到目前为止，在一个收缩的双星系统中只有一次中子星的合并已经被记录在它的引力波和电磁辐射中。

该事件被命名为GW170817，从位于距离地球1.3亿光年远的中子星碰撞浮现，它们一起涡旋和合并，创造2017年在这里地球上发现的信号。

 该团队用他们的软件来创建这一事件的一个包含了来自这些中子星在它们碰撞前环绕彼此的最后几个螺旋的引力波、随碰撞发生了的伽马射线暴以及由它发生后几天和几年之间围绕合并环境的千新星发射的模型。

团队成员和乌得勒支大学科学家皮特庞说，“通过分析连贯的和同时的数据，我们得到更精确的结果”。

这允许研究小组来精确详细在1.3亿年前在这个中子星合并期间发生了什么并已经用金、铀和其他重元素增富它的环境。

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     由该团队开发的模型应该适合用于当其他中子星碰撞时发生事件的细节。

 随基于美国的激光干涉仪引力波天文台（LIGO）、意大利处女座和日本神冈引力波探测器（KAGRA）引力波探测器接收升级在未来轮的将“听到”甚至更多被中子星碰撞发射的空时中的涟漪观测之前这项调查将被支持。