中子星碰撞 在“宇宙地狱”中锻造出重元素
天体物理学家首次测量了中子星碰撞导致形成黑洞的放射性余辉中基本粒子的温度。这一突破使科学家们能够研究这些强大宇宙事件中的微观物理特性。 这些发现还揭示了单次观测是如何捕捉到一个物体的跨时空存在的，就像一张跨越宇宙瞬间的快照。
中子星碰撞的艺术印象，除了放射性火云之外，还留下了一个黑洞和来自两极的快速移动物质喷流。 资料来源：O.S. Salafia， G. Ghirlanda， CXC/NASA， GSFC， B. Williams et al.
哥本哈根大学尼尔斯-玻尔研究所的研究人员最近在《天文学与天体物理学》（Astronomy & Astrophysics）杂志上发表了这一发现。
两颗中子星的碰撞产生了迄今观测到的最小的黑洞。 这一强烈的宇宙事件产生了一个以近乎光速膨胀的火球，在碰撞后的几天里闪耀着数以亿计太阳的光芒。
这种被称为"千新星"的强烈亮光天体由于在爆炸过程中形成的重放射性元素的衰变而发出大量辐射。
尼尔斯-玻尔研究所宇宙破晓中心（The Cosmic DAWN Center at the Niels Bohr Institute）领导的一个国际研究小组将全球各地的望远镜对千新星光线的测量结果结合起来，终于揭开了千新星爆炸的神秘面纱，并接近了一个古老的天体物理学问题的答案： 比铁更重的元素从何而来？
中子星碰撞留下迅速膨胀的放射性物质云的艺术印象。 资料来源：美国宇航局戈达德太空飞行中心，CI 实验室
天体物理大爆炸的每时每刻都在急剧发展，因此没有一台望远镜能够跟踪其整个过程。 单个望远镜的观测角度会被地球自转所阻挡。但是，通过将澳大利亚、南非和哈勃太空望远镜的现有测量数据结合起来，我们可以非常详细地跟踪它的发展。
尼尔斯-玻尔研究所的博士生、这项新研究的负责人阿尔伯特-斯奈本（Albert Sneppen）说："我们的研究表明，整体数据比单组数据的总和还要多。"
碰撞后，碎裂的恒星物质温度高达数十亿度。 其温度甚至比太阳中心还要高出一千倍，与宇宙大爆炸发生后一秒钟的宇宙温度相当。
如此极端的温度会导致电子不附着在原子核上，而是在所谓的电离等离子体中漂浮。电子四处"跳舞"。 但在随后的瞬间、几分钟、几小时和几天里，恒星物质会冷却下来，就像大爆炸后的整个宇宙一样。
宇宙大爆炸发生 37 万年后，宇宙已经冷却到足以让电子附着在原子核上，并制造出第一批原子。 光现在可以在宇宙中自由传播，因为它不再受到自由电子的阻挡。这意味着，我们在宇宙历史上所能看到的最早的光就是这种所谓的"宇宙背景辐射"--由光拼凑而成，构成了夜空的遥远背景。 现在，我们可以在爆炸的恒星物质中观察到电子与原子核统一的类似过程。
具体成果之一就是观测到了锶和钇等重元素。 它们很容易被探测到，但很可能还有许多我们无法确定其来源的其他重元素也是在爆炸中产生的。
"我们现在可以看到原子核和电子在余辉中结合的瞬间。 我们第一次看到了原子的产生，我们可以测量物质的温度，看到这个遥远爆炸中的微观物理学。 这就像欣赏从四面八方包围我们的三个宇宙背景辐射，但在这里，我们可以从外部看到一切。" 宇宙破晓中心的博士生、该研究的合著者拉斯穆斯-达姆加德（Rasmus Damgaard）说："我们看到了原子诞生之前、期间和之后的情况。"
该研究的合著者、尼尔斯玻尔研究所助理教授卡斯帕-海因茨（Kasper Heintz）继续说道："物质膨胀得如此之快，体积增大得如此之快，以至于光线需要几个小时才能穿过爆炸。 这就是为什么通过观察火球的远端，我们可以看到更远的爆炸历史。"
在离我们较近的地方，电子已经钩住了原子核，但在另一边，在新生黑洞的远端，"现在"还只是未来。
DOI: 10.1051/0004-6361/202348758
编译自/ScitechDaily
