哈勃观察创造黑洞和“诞生原子” 的中子星碰撞和爆炸

By Robert Lea

 published 17 hours ago

Black Holes

“我们第一次看到原子的创造；我们能测量物质的温度并在这个遥远的爆炸中看到微观物理学” 。

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 两颗碰撞的中子星创造一个黑洞的描画。(Image credit: O.S. SALAFIA, G. GHIRLANDA, CXC/NASA, GSFC, B. WILLIAMS ET AL)

天文学家已经目睹了两颗中子星之间造成了从来见过的最小的黑洞的诞生并锻造像金、银和铀一样贵金属的巨大碰撞。

该团队的这个发生在距离我们1.3亿光年远星系NGC 4993中的剧烈和强大碰撞的快照被用一系列仪器创造，包括哈勃太空望远镜。它将有望的描绘一幅这些密的死恒星的合并的 “过去、现在和未来”的图片。这可能揭示比铁更重元素的起源，这甚至不能被在最大质量的恒星中锻造。

中子星的碰撞和合并造成一个强大的叫“千新星”的光爆。随这一事件的残骸以接近光速扩张，千新星亮的像数亿个太阳一样照亮它的周围环境。

由尼尔斯玻尔（Neils Bohr）研究所宇宙黎明中心（Cosmic DAWN Center）的科学家领导的一个研究人员小组当他们着手调查千新星秘密时得出了中子星合并的这幅新图片。

宇宙黎明中心的研究员、团队成员拉斯姆斯（Rasmus Damgaard）在一份声明中说，“我们现在能看到原子核和电子正在余辉中联合时刻的地方， 第一次我们看到原子的创造，我们能测量物质的温度，我们能看到在这个遥远爆炸中的微观物理学"。

“这就像从四面八方欣赏我们周围的三个宇宙背景辐射一样，但在这里我们变得从外面来看到一切，我们看到原子诞生片刻之前、期间和之后"。

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当质量至少是太阳8倍一样的恒星耗尽它们的核聚变燃料并不能再支持它们自己抵抗它们自己的引力时中子星被诞生。

这些恒星的外层在超新星爆炸中被炸掉，留下一个质量相当于1到2个太阳之间压碎成一个直径约12英里（20公里）的恒星残骸。

核的坍塌迫使电子和质子一起结合，创造一个叫中子的粒子海洋。这种物质是如此密以致只值一个方糖大小的中子星物质如果带到地球上将重10亿吨。这大约就像将150000000头大象塞进一个方糖所占同一空间一样。

这种极端和异域的物质在创造比铁更重的元素中起一个关键角色这可能的不惊奇。

显示从中子星碰撞后爆发的物质云的一个描画。(Image credit: NASA Goddard/CI Lab)

中子星并不总是孤独生活着。这些死恒星中的一些与一颗活着的伴星占据双星系统。在罕见的例子中，这颗伴星也质量足够大来创造一颗中子星，而且它不会被创造第一颗中子星的超新星爆炸“踢走”。

这造成一个有两颗彼此环绕中子星的系统。这些天体是如此密以致随它们环绕彼此涡旋它们在空时（空间和时间的四维统一）中产生涟漪过空间带走角动量叫引力波的涟漪。

随这个系统失去角动量，中子星的轨道会收紧，这意味着中子星更靠近彼此移动。这造成引力波越来越快涟漪开，带走越来越多的角动量。

当中子星足够接近因它们的巨大的引力要接管并拖这些极端密的死恒星一起来碰撞和合并时这种情况结束。

这个碰撞溅出温度高达数十亿度的富中子物质，比太阳更热数千倍。这些温度是如此热以至于它们类似于大爆炸后刚一秒钟迅速膨胀的宇宙的温度。

一位艺术家的碰撞的中子星发送出空时中叫引力波涟漪的描绘。 (Image credit: R. Hurt/Caltech-JPL)

被碰撞的中子星诞生的被甩出的像电子和中子一样粒子围绕这个体跳舞，这迅速的坍塌在一个等离子体雾中形成一个黑洞，在接下来的几天里冷却。

在这种冷却的等离子体云中的原子经由叫快速中子捕获过程（r过程）快速的抓住自由中子并陷住自由电子。这创造非常重但不稳定的迅速衰变的粒子。这种衰变释放天文学家视为千新星的光，但它也创造仍旧比铁更重的更轻元素如金、银和铀。

该团队看到粒子的余辉被抓住来锻造像锶和钇一样重元素，推断其他重元素无疑被在这次中子星碰撞后创造。

尼尔斯玻尔研究所的研究员、团队成员卡斯颇尔（Kasper Heintz）说，“物质膨胀如此之快、尺寸如此迅速获益到光要跨过这个爆炸要用几个小时程度的地方。这是为什么仅通过观测火球的远端我们能进一步看回爆炸的历史中的。更靠近我们，电子已经钩住了原子核，但在另一边在新生黑洞的后面‘现在’仍然只是未来” 。

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没有跨全球及其他地区的望远镜合作该团队的结果会已经是不可能的。

团队负责人、尼尔斯玻尔研究所研究员阿尔伯特（Albert Sneppen）在声明中说，“这场天体物理爆炸一小时一小时急剧的发展，如此没有单一的望远镜能跟随它的整个故事。单个望远镜对这一事件的观望被地球的旋转封锁，但通过结合来自澳大利亚、南非和哈勃太空望远镜的现有测量结果，我们能以更大详细跟随它的发展” 。

该团队的论文于周三（10月30日）发表在《Astronomy & Astrophysics 》上