【原】在宇宙中的恒星爆炸里，千新星是威力最大最糟糕的一种

天文在线 2023-04-08 发布于云南

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千新星是两颗中子星碰撞而产生的，而它能产生的爆炸非常壮观。NASA, ESA, AND A. FEILD (STSCI)

当一个巨大的行星耗尽燃料死亡，它也许会在一场辉煌的爆炸中结束一生，而这种爆炸，叫做超新星。

但是超新星并不是宇宙中唯一的毁天灭地的爆炸。“千新星”，它比新星亮一千倍（当一个白矮星爆发），却不如超新星明亮。两个恒星的尸体碰撞引发千新星，而这产生了宇宙中最强烈的电磁爆炸，同时向宇宙空间中四散黄金。

图解：哈伯观测到的第一颗千新星。

恒星的外壳

中子星是有问题的恒星尸体。它产生于超新星，当巨大的星体死后，它们极其致密的外壳被遗弃。剩下的物质主要由中子组成，宽度约为十几英里。但是不要让它们相对微小的尺寸骗过了你，它们打包了整个星体（比太阳的质量还大）进入到它们微小体积中，并且拥有强大磁场。这意味着中子星是在已知宇宙中最极端的物体之一。一茶匙的中子星质量重达10亿吨（9.07亿公吨）。

中子星的物质并不像正常的物质那样。这种重力占主导地位的物体将它们所构成的一切都压缩成“降格”状态。也就是说，压力如此极端，以至于量子力学是唯一阻止它们自身崩溃并形成黑洞的事物。

因此，如果两个中子星碰撞，这毫无疑问会成为一场无法想象、猛烈的、毁灭性的灾难。科学家在美国的激光干涉天文台（即LIGO）和意大利室女座引力波天文台观测到了这种碰撞的后果。这些先进的引力波观测台发现了一个距离我们1.3亿光年、叫做NGC 4993的星系发出了的一种非常奇怪的、微弱的信号。

多信息天文学

直到那个时候，重力波探测器只是分辨出了数十亿光年外的黑洞合并，因此在这么近的位置去检测一个微弱信号倒是非常令人吃惊。在分析神秘重力波“啾啾”（两个大质量物体相互旋转而急剧增加，最终碰撞合并的频率），科学家意识到这种被称为GW170817的信号不是黑洞合并，而是两个中子星合并。这种星体的质量只有1.1倍到1.6倍太阳的质量，被困在引力的舞蹈中，相互螺旋环绕直至碰撞合并。

当这份发现出来时，NASA的费米伽马射线探测器和欧洲的积分（INTEGRAL）空间望远镜也发现了一个在NGC4993上爆发了强烈的伽马射线的报告，而这是一场短暂的伽马射线暴（GRB）。

虽然科学家已经从理论上解释了短暂的伽马射线暴是中子星的合并而产生，但只能在重力波探测器的帮助下才能证明这个说法。这是第一次科学家对一个单独的宇宙信号同时测量了引力波和电磁波，这将伽马射线暴和中子星合并联系在一起，并且开启了一种新的宇宙研究——“多信息宇宙学”。

千新星！

重力波帮助我们能够将伽马射线暴和中子星合并事件考虑在一起。但是，是什么产生了伽马射线暴呢？

中子星合并残产生的GW170817无疑是一次狂暴的伽马射线暴。正如两个大质量天体极速环绕对方并接触，有巨量的炽热中子星组成物质被抛射进入太空。当这种情况发生，它就为千新星的绚烂烟火铺设了舞台。

正如中子星主要由中子（和质子）组成，中子也是原子核的关键原料，在中子星撞击后，有许多亚原子级别的物质突然在附近飞来飞去。条件是如此极端，以至于这个环境已经能够让大块的放射性中子星材料粘在一起，形成新的元素。通过一个称作快过程（“R-process”）的处理之后，中子在放射性衰变之前附着在新形成的元素上。新元素的形成产生了惊人的能量，以伽马射线辐射这种狂暴的方式爆发出来，产生的伽马射线爆被1.3亿光年外的天文学家观测到。

随后哈勃望远镜对于猛烈爆炸位置的研究，双子座天文台和欧洲南方天文台超大天文望远镜揭露了那次快过程确实发生过的光谱证据。而这又是非常特别的：在千新星爆炸的残余中，重元素非常之多，比如金、铂、铅、铀和银都混在其中

科学家用了很长的时间来思考比铁还重的元素是如何产生在我们的宇宙中的（比铁重的元素是通过恒星核心中的核合成产生的），但是现在我们有了明显的证据证明这种激烈的千新星爆发也是宇宙的铸造厂，而最为珍贵的，是元素种子。