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太阳系的诞生,离不开一次中子星碰撞?

时间: 2020年06月05日 | 作者: Nola Taylor Redd | 来源: 环球科学(huanqiukexue.com)
太阳系中重元素的数量表明,它们来自一次发生于附近的中子星合并事件。


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即将碰撞的中子星的想象图。图片来源:NASA and Goddard Space Flight Center


撰文 | Nola Taylor Redd

翻译 | 莫泽鑫

审校 | 郭晓


天文学家正在搜寻一次中子星碰撞的残留物质,这次碰撞给予了地球珍贵的金属元素。当中子星合并的时候,它们会向周围的环境喷射出大量寿命较短的元素,而这些物质此后成为了太阳系的一部分。


目前,科学家正在尝试追踪由原始的衰变原料产生的元素,来深入了解促使太阳系形成的中子星合并事件。基于这一工作,科学家相信这一合并事件发生在太阳系诞生前1亿年,发生于距离太阳系诞生地1000光年的地方。


该项目的首席科学家Szabolcs Marka说:“这一地点很接近太阳系。” Marka是哥伦比亚大学的物理学家,他接着说:“如果你仰望天空,发现距离1000光年的地方有中子星合并,它会照亮整个夜空。”


Marka和佛罗里达大学的天体物理学家Imre Bartos用太阳系形成之初的陨石追踪这次合并事件。他们分析了陨石中的同位素,首先计算出了太阳系早期的放射性同位素的数值。然后,他们将这一结果与中子星合并而产生的同位素数量进行了对比。


宇宙中如金、铂、钚等重元素,均由中子轰击周围的原子形成。在这样的碰撞中,一个中性的中子能释放出一个负电子,变成一个带正电的质子并改变原子的性质。这个被称为“快速中子捕捉”的过程仅发生于最强力的爆炸中,如超新星爆发和中子星合并。但是,科学家在哪一种极端事件创造了宇宙中大部分的重元素上,还存在争论。


于是,Marka和Bartos试图利用古代陨石,了解到底哪一种事件导致了早期的太阳系形成。那些来自早期太阳系陨石中的物质,是由一次爆炸喷射出来的。虽然那些最初喷射出的元素由于放射性,会迅速衰变,但它们会留下存在的“印迹”。


同时,随着激光干涉引力波天文台(LIGO)发现了潜在的中子星合并事件,科学家也着手利用这一天文台的观测,帮助确定最有可能为太阳系形成提供物质的附近的中子星合并事件。Marka称这些缓慢衰变的物质,最终形成了太阳系。


之前的研究估计,银河系中超新星爆发大概每50年发生一次。LIGO的新观测结果表明,中子星合并事件发生的频率要低得多,大概每十万年一次。太阳系中重元素的数量表明,它们来自一次发生于附近的中子星合并事件,相比之下,超新星爆发会产生更多的原材料。


随后,他们开始用不同的同位素,确定太阳系的中子星合并事件具体的发生时间和地点。


Marka说:“在爆炸时,每种同位素都是一个开始计时的秒表。”通过研究物质被捕获时,每种同位素的残留量,他能够确定往太阳系喷射物质的中子星合并发生的时间。他说道,“只有一个时间点与所有证据吻合,”大概是太阳系形成前1亿年。基于存在于太阳系中的物质含量,该团队也计算出了合并事件发生在距离太阳系1000光年的地方。


而他们无法确定的是,这些重元素到底是从哪个方向进入了日后形成太阳系的“邻近地区”。理论上,这项发现将能让科学家精确地找到碰撞的遗迹。但问题在于,太阳在其诞生之后的45亿年间,并不是保持静止,而是一直在银河系中移动。在同一个星系团中,太阳系附近形成的恒星已被它留在了身后,这也让天文学家搜索了很长时间,却没能取得进展。Marka希望,在未来,天文学家可以找到那些太阳系的姊妹恒星,以及形成太阳系的中子星合并的遗迹。


在Marka看来,这一新发现是巨大的进展。他说道,“研究团队里的成员甚至都激动地哭了。”他说,这是因为这个中子星合并事件,并不只是发生在外太空的某一个事件,而是与我们每个人都息息相关的一件事。


原文链接:

https://www.scientificamerican.com/article/scientists-trace-neutron-star-crash-that-helped-form-our-solar-system/#userconsent#