中子星碰撞首次在JWST中鍛造重金屬

當兩顆中子星在十億光年之外相互撞擊時產生的千新星爆炸被證明是稀有重元素的工廠。

這是詹姆斯韋伯太空望遠鏡第一次探測到這樣的事件;而且，在2023年3月7日出現的巨大伽馬射線暴之后，望遠鏡的數據揭示了碲– 一種太重的稀有金屬，無法通過融合過程在恒星的心臟中鍛造。

還有人建議使用其他金屬，例如鎢和硒。研究人員說，這一發現證實了中子星合并是重元素的來源，這是我們的宇宙如何制造物質并將其傳播到太空的重要組成部分。

“已知的千新星只有少數幾個，這是我們第一次能夠用詹姆斯韋伯太空望遠鏡觀察千新星的后果，”天體物理學家安德魯·萊萬說領導分析的拉德堡德大學。

他補充道，“自德米特里·門捷列夫寫下元素周期表以來僅150多年，我們現在終于能夠開始填補所有東西產生的最后空白。

星星是相當美妙的東西，真的。他們利用構成宇宙大部分可見物質的氫，一遍又一遍地將其原子粉碎在一起，制造更重的元素：氫變成氦，然后那些較重的原子變成更重的原子，一直到鐵。

不過，這就是恒星的聚變引擎耗盡魅力的地方。鐵融合成更重的元素需要比釋放的能量更大的能量消耗，使恒星在自身引力的重量下走上了一條通往卡布姆的道路。

但這種高能爆炸也可以產生一系列核反應，其中原子核與松散的中子碰撞，合成更重的元素。

反應需要足夠快地發生，以便在更多的中子被添加到原子核之前，放射性衰變沒有機會發生。這意味著它需要發生在有很多自由中子漂浮的地方 - 比如在超新星或千新星內。這種特殊的核合成過程被稱為快速中子捕獲過程，或R 進程.

當2017年首次觀察到兩顆中子星相撞時，后果證實千新星產生r過程元素。科學家檢測到鍶的存在，元素周期表上的第38個元素。

今年三月，當一場名為GRB230307A的伽馬射線暴被發現耀斑時，科學家們立即關注以仔細觀察。GRB230307A確實非常壯觀 - 有史以來最亮的伽馬射線暴之一，比典型和典型明亮1000倍亮度提高一百萬倍以上比整個銀河系還要大。

它的持續時間也異常長，大約200秒。這種長時間被認為是千新星的特征 - 超新星伽馬射線暴的持續時間要短得多。多波長觀測證實了這一點：爆發后的情況與千新星的起源一致。

由于千新星是r-過程元素的已知來源，天文學家要求用紅外JWST查看爆炸源。

4月5日，他們將望遠鏡轉向輝光，當時輝光具有重要的紅外成分，并收集了光譜。

這些數據揭示了元素周期表上的第52種元素碲的存在。這是相當沉重的。這意味著在中子星碰撞的膨脹噴射物中可能存在其他r過程元素，盡管需要更多的觀測來證實這一點。

值得注意的是，爆炸發生在一個非常奇怪的地方：在星系際空間，距離最近的星系12萬光年。研究人員確定，這個星系可能是兩顆中子星起源的地方，是正常的大質量恒星;當每個超新星在過去一段時間，一個接一個地變成超新星時，爆炸的力量足以將它們趕出銀河系。

研究人員說，從這個迷人的事件中可以學到更多東西。

“直到最近，我們還不認為合并可以為伽馬射線暴提供超過兩秒鐘的動力，”天文學家本·岡珀茨說英國伯明翰大學。

“我們的下一個工作是找到更多這些長期存在的合并，并更好地了解是什么推動了它們 - 以及是否正在創造更重的元素。這一發現為我們改變理解我們的宇宙及其運作方式打開了大門。

該研究已發表在自然界.

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