在宇宙中的恆星爆炸裡,千新星是威力最大最糟糕的一種

2020-11-25 天文在線

百家號獨家內容。

千新星是兩顆中子星碰撞而產生的，而它能產生的爆炸非常壯觀。NASA, ESA, AND A. FEILD (STSCI)

當一個巨大的行星耗盡燃料死亡，它也許會在一場輝煌的爆炸中結束一生，而這種爆炸，叫做超新星。

但是超新星並不是宇宙中唯一的毀天滅地的爆炸。「千新星」，它比新星亮一千倍（當一個白矮星爆發），卻不如超新星明亮。兩個恆星的屍體碰撞引發千新星，而這產生了宇宙中最強烈的電磁爆炸，同時向宇宙空間中四散黃金。

圖解：哈伯觀測到的第一顆千新星。

恆星的外殼

中子星是有問題的恆星屍體。它產生於超新星，當巨大的星體死後，它們極其緻密的外殼被遺棄。剩下的物質主要由中子組成，寬度約為十幾英裡。但是不要讓它們相對微小的尺寸騙過了你，它們打包了整個星體（比太陽的質量還大）進入到它們微小體積中，並且擁有強大磁場。這意味著中子星是在已知宇宙中最極端的物體之一。一茶匙的中子星質量重達10億噸（9.07億公噸）。

中子星的物質並不像正常的物質那樣。這種重力佔主導地位的物體將它們所構成的一切都壓縮成「降格」狀態。也就是說，壓力如此極端，以至於量子力學是唯一阻止它們自身崩潰並形成黑洞的事物。

因此，如果兩個中子星碰撞，這毫無疑問會成為一場無法想像、猛烈的、毀滅性的災難。科學家在美國的雷射幹涉天文臺（即LIGO）和義大利室女座引力波天文臺觀測到了這種碰撞的後果。這些先進的引力波觀測臺發現了一個距離我們1.3億光年、叫做NGC 4993的星系發出了的一種非常奇怪的、微弱的信號。

多信息天文學

直到那個時候，重力波探測器只是分辨出了數十億光年外的黑洞合併，因此在這麼近的位置去檢測一個微弱信號倒是非常令人吃驚。在分析神秘重力波「啾啾」（兩個大質量物體相互旋轉而急劇增加，最終碰撞合併的頻率），科學家意識到這種被稱為GW170817的信號不是黑洞合併，而是兩個中子星合併。這種星體的質量只有1.1倍到1.6倍太陽的質量，被困在引力的舞蹈中，相互螺旋環繞直至碰撞合併。

當這份發現出來時，NASA的費米伽馬射線探測器和歐洲的積分（INTEGRAL）空間望遠鏡也發現了一個在NGC4993上爆發了強烈的伽馬射線的報告，而這是一場短暫的伽馬射線暴（GRB）。

雖然科學家已經從理論上解釋了短暫的伽馬射線暴是中子星的合併而產生，但只能在重力波探測器的幫助下才能證明這個說法。這是第一次科學家對一個單獨的宇宙信號同時測量了引力波和電磁波，這將伽馬射線暴和中子星合併聯繫在一起，並且開啟了一種新的宇宙研究——「多信息宇宙學」。

千新星！

重力波幫助我們能夠將伽馬射線暴和中子星合併事件考慮在一起。但是，是什麼產生了伽馬射線暴呢？

中子星合併殘產生的GW170817無疑是一次狂暴的伽馬射線暴。正如兩個大質量天體極速環繞對方並接觸，有巨量的熾熱中子星組成物質被拋射進入太空。當這種情況發生，它就為千新星的絢爛煙火鋪設了舞臺。

正如中子星主要由中子（和質子）組成，中子也是原子核的關鍵原料，在中子星撞擊後，有許多亞原子級別的物質突然在附近飛來飛去。條件是如此極端，以至於這個環境已經能夠讓大塊的放射性中子星材料粘在一起，形成新的元素。通過一個稱作快過程（「R-process」）的處理之後，中子在放射性衰變之前附著在新形成的元素上。新元素的形成產生了驚人的能量，以伽馬射線輻射這種狂暴的方式爆發出來，產生的伽馬射線爆被1.3億光年外的天文學家觀測到。

隨後哈勃望遠鏡對於猛烈爆炸位置的研究，雙子座天文臺和歐洲南方天文臺超大天文望遠鏡揭露了那次快過程確實發生過的光譜證據。而這又是非常特別的：在千新星爆炸的殘餘中，重元素非常之多，比如金、鉑、鉛、鈾和銀都混在其中

科學家用了很長的時間來思考比鐵還重的元素是如何產生在我們的宇宙中的（比鐵重的元素是通過恆星核心中的核合成產生的），但是現在我們有了明顯的證據證明這種激烈的千新星爆發也是宇宙的鑄造廠，而最為珍貴的，是元素種子。

有趣的事情

雖然重力波和光速一樣快，但是GW170817被雷射幹涉天文臺（LIGO）和處女座天文處女座引力波天文臺觀測到的時間要早於費米伽馬射線探測器（Fermi）和積分空間望遠鏡（INTEGRAL）。NASA解釋說，這是由於中子星線發生合併（產生引力波）然後千新星才爆發（產生伽馬射線暴）。

參考資料

1.WJ百科全書

2.天文學名詞

3. IAN O'NEILL, PH.D.-science.howstuffworks

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