天体物理学家发现太空中的完美爆炸

　　/朝闻通/2023年02月16日广州消息--当中子星碰撞时，它们会产生爆炸，与直到最近才被认为的相反，爆炸的形状像一个完美的球体。虽然这如何可能仍然是个谜，但这一发现可能为基础物理学和测量宇宙年龄提供一把新钥匙。这一发现是由哥本哈根大学的天体物理学家发现的，并刚刚发表在《自然》杂志上。

　　千新星——当两颗中子星相互绕转并最终发生碰撞时发生的巨大爆炸——负责创造宇宙中大大小小的事物，从黑洞到你手指上金戒指中的原子，再到我们身体中的碘. 它们产生了宇宙中最极端的物理条件，正是在这些极端条件下，宇宙创造了元素周期表中最重的元素，例如金、铂和铀。

　　但是，对于这种暴力现象，我们还有很多不了解的地方。2017 年在 1.4 亿光年外发现千新星时，科学家们第一次能够收集到详细数据。世界各地的科学家仍在解读这次巨大爆炸的数据，其中包括哥本哈根大学的阿尔伯特·斯内彭和达拉克·沃森，他们有了一个惊人的发现。

　　他们对 2017 年千新星 AT2017gfo 的数据进行了分析。这些数据是来自欧洲南方天文台超大望远镜 X-shooter 光谱仪的紫外线、光学和红外光，并结合先前对引力波的分析、无线电波和来自哈勃太空望远镜的数据。

　　“你有两颗超紧凑​​的恒星，它们在坍缩前每秒绕彼此旋转 100 次。我们的直觉和所有以前的模型都表明，碰撞产生的爆炸云必须具有扁平且相当不对称的形状，”Albert Sneppen 说，博士 尼尔斯玻尔研究所的学生和该研究的第一作者发表在《自然》杂志上。

　　这就是为什么他和他的研究同事惊讶地发现，2017 年的千新星完全不是这样。它完全对称，形状接近完美球体。

　　“没有人预料到爆炸看起来像这样。它是球形的，像一个球一样没有意义。但我们的计算清楚地表明它是。这可能意味着我们一直在考虑的千新星理论和模拟过去 25 年缺乏重要的物理学，”Niels Bohr 研究所副教授、该研究的第二作者 Darach Watson 说。

　　球形是个谜

　　但是千新星是如何变成球形的是一个真正的谜。根据研究人员的说法，一定有意想不到的物理现象在起作用：

　　“使爆炸呈球形最可能的方法是，如果大量能量从爆炸中心喷出，并平滑出一个本来不对称的形状。所以球形告诉我们，可能有很多能量在碰撞的核心，这是不可预见的，”Albert Sneppen 说。

　　当中子星发生碰撞时，它们会短暂地结合成一颗超大质量中子星，然后坍缩成一个黑洞。研究人员推测，是否正是在这次坍塌中隐藏了很大一部分秘密：

　　“也许是在超大质量中子星坍缩成黑洞时释放出巨大磁场能量的瞬间产生了一种‘磁弹’。磁能的释放可能导致爆炸中的物质更呈球形分布。在那种情况下，黑洞的诞生可能非常活跃，”Darach Watson 说。

　　然而，这一理论并没有解释研究人员发现的另一个方面。根据以前的模型，虽然产生的所有元素都比铁重，但极重的元素，如金或铀，应该在千新星中与锶或氪等较轻的元素不同的地方产生，它们应该被排出在不同的方向。另一方面，研究人员只检测较轻的元素，它们在空间中均匀分布。

　　因此，他们认为神秘的基本粒子——中微子——其中很多内容仍不为人知——也在这一现象中发挥着关键作用。

　　“另一种想法是，在超大质量中子星存在的几毫秒内，它会释放出非常强大的能量，可能包括大量的中微子。中微子可以使中子转化为质子和电子，从而总体上产生更轻的元素。这个想法也有缺点，但我们相信中微子发挥的作用比我们想象的还要重要，”Albert Sneppen 说。

　　一个新的宇宙统治者

　　爆炸的形状也很有趣，原因完全不同：

　　“在天体物理学家中，有很多关于宇宙膨胀速度的讨论。速度告诉我们，除其他外，宇宙有多老。现有的两种测量它的方法相差大约十亿年。在这里我们可能有第三种方法可以补充其他测量方法并对其进行测试，”Albert Sneppen 说。

　　所谓的“宇宙距离阶梯”就是今天用来测量宇宙增长速度的方法。这只需计算宇宙中不同物体之间的距离即可完成，这些物体充当梯子上的梯级。

　　“如果它们是明亮的并且大部分是球形的，并且如果我们知道它们有多远，我们就可以使用千新星作为独立测量距离的新方法——一种新型的宇宙标尺，”Darach Watson 说并继续说道：

　　“知道形状是什么在这里至关重要，因为如果你有一个不是球形的物体，它会发出不同的光，这取决于你的视角。球形爆炸提供更高的测量精度。”

　　他强调，这需要来自更多千新星的数据。他们预计 LIGO 天文台将在未来几年探测到更多的千新星。

　　关于千新星

　　中子星是非常致密的恒星，主要由中子组成。它们通常只有大约 20 公里宽，但重量是太阳的一倍半到两倍。一茶匙中子星物质的重量相当于珠穆朗玛峰的重量。

　　当两颗中子星相撞时，就会发生千新星现象。这是合并造成的巨大爆炸的名称。它是一个以极快的速度膨胀的放射性火球，主要由在合并及其后果中形成的重元素组成——包括较轻的和非常重的元素——它们被喷射到太空中。

　　该现象于 1974 年被预测，并于 2013 年首次被清楚地观察和识别。2017 年，首次获得千新星的详细数据，当时 LIGO(美国)和 Virgo(欧洲)探测器轰动性地成功测量了引力来自 kilonova AT2017gfo 的波，它位于 1.4 亿光年外的星系中