河南
宇宙探索·中子星碰撞：黃金與鉑金的宇宙煉金術
2017年8月17日，人類首次觀測到兩顆中子星的劇烈碰撞。這場發(fā)生在1.3億光年外的宇宙"大車禍"，不僅讓科學家同時捕捉到了引力波和電磁波，還解開了一個困擾天文學家半個世紀的謎題：宇宙中的金、鉑、鈾等重金屬究竟從何而來？
中子星是超新星爆發(fā)后的"殘骸"，密度大到一茶匙物質重達10億噸。當兩顆中子星在引力作用下螺旋靠近并最終合并時，會釋放出極其劇烈的引力波信號——GW170817事件讓LIGO和Virgo探測器首次"聽"到了中子星碰撞的時空漣漪。
核心發(fā)現(xiàn)：中子星碰撞產生的高溫中子 rich 物質噴流中，發(fā)生了罕見的"r-過程核合成"——中子被快速捕獲到原子核中，形成了金、鉑、鈾等重元素。你手上的金戒指，很可能就來自數(shù)十億年前兩顆中子星的壯烈碰撞！
在碰撞發(fā)生后的數(shù)天內，望遠鏡觀測到了被稱為"千新星"（Kilonova）的發(fā)光現(xiàn)象。與超新星不同，千新星的光主要來自重元素放射性衰變的推動——這是人類首次直接觀測到r-過程核合成發(fā)生的場所，證實了中子星碰撞是宇宙中重金屬的主要"工廠"。
更令人震撼的是，這次碰撞還產生了一束以近乎光速行進的噴流，指向地球方向。通過全球各大望遠鏡的協(xié)同觀測，科學家首次實現(xiàn)了"多信使天體物理"——同時用引力波和電磁波"看"同一個宇宙事件，開啟了天體物理的新時代。
中子星碰撞還會產生大量重元素，據估計，一次典型的中子星碰撞可以產生相當于月球質量的數(shù)倍的黃金。宇宙中所有比鐵重的元素，大部分都來自這類壯觀的碰撞事件。下次看到黃金首飾時，不妨想象它源自一場跨越億年的宇宙煉金術。
研究人員還發(fā)現(xiàn)，中子星碰撞可能是短時伽馬射線暴的來源之一。這些持續(xù)不到兩秒的高能輻射爆發(fā)，是宇宙中最亮的事件之一，而中子星合并正是觸發(fā)它們的主要候選機制。
互動話題：中子星碰撞與宇宙重金屬起源
GW170817事件是人類天體物理學的里程碑，它回答了"宇宙中的金子從哪來"這個浪漫問題。你最感興趣的是哪個角度？
金戒指來自中子星碰撞，太浪漫了！
多信使天體物理的意義
千新星與r-過程核合成
引力波天文學的未來
參考來源
- LIGO-Virgo Collaboration：GW170817發(fā)現(xiàn)論文（Physical Review Letters, 2017）
- 《Nature》— 千新星AT2017gfo觀測報告（2017）
- 維基百科：中子星合并（Neutron Star Merger）
- 《Science》— r-過程核合成與中子星碰撞（2018）
- 美國國家自然科學基金（NSF）LIGO項目官方資料
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