中子星合并事件的发生频率,在过去银河系的演化中扮演什么角色?

作者:文/虞子期

从地球到太阳系,从太阳系到银河系,这是一个由近及远、由小及大的空间概念。对于宇宙中这些空间的现阶段状态,我们中的很多人都略知一二。但对于它们的过去和不曾企及的未来,则还有层层神秘的面纱等着我们去揭开。比如,是否有一个事件,对早期太阳系中发现的重要元素产生影响?过去银河系发生中子星合并事件的频率,在其演化中扮演了什么样的角色?

中子星碰撞对早期太阳系的影响

科学家们表示,已经发现了数十亿年前两颗超中子星碰撞的证据,并且足够的金、铀以及其他重质元素与地球所有海洋质量相等,或许数十亿年前的两颗中子星碰撞正好形成了太阳系。如果同样的时间发生在现在,这样的爆炸所产生的光能够超越整个夜空,包括地球上的生命也都难以幸免于难。

通过现在的研究成果,周期表之中大于铁的大部分金属元素和其他元素的形成时间,应该都是在中子星碰撞的灾难性后果中产生,而超新星爆炸后所遗留下来的恒星核心则是中子星。天体物理学家伊姆雷巴托斯是该研究的第一作者,他表示之前也不曾想到这样一个事件,居然会影响早期太阳系中发现的大部分重元素。

古代陨石和中子星碰撞有何关联

在这项研究中,科学家们第一次探测到了距离我们1.3亿光年远的地方,这也是该次中子星合并事件所发生的地方,这对于我们一般人而言,听上去就是一个很遥远的距离。但这和研究人员们所预计的间隔距离相比还是近了很多。于是,科学家们开始联想,这样的事件发生在我们身边的可能性,比如它可能发生在太阳系附近吗?

古代陨石的历史数据为研究人员们带来了重要信息,科学家们顺着这些陨石的起源追溯到了大约46亿年前的早期太阳系。根据元素的同位素具有彼此不同的中子数,而在这些陨石中又留下了放射性同位素的痕迹,所以这些放射性同位素则很可能产生中子星碰撞。在之前的研究中,曾推断这些同位素会因为时间的推移而衰变,并且会有相应的副产物产生。而在太阳系中,不再存在中子星合并所产生的相对较短寿命的放射性同位素。

而后,科学家们分析了古代陨石之中那些副产物的丰度,借此去推断出它们被创造出来的时间,以及它们的母同位素又应该是在何时进入的太阳系。与此同时,科学家们更是开发了银河系的计算机模型,将这些同位素种植太阳系,从而查看那些可能发生中子星碰撞事件的地方。

终于,研究人员发现了太阳系中大量重元素的可能起源,即8000万年之前(太阳系诞生前)所发生的单个中子星碰撞事件之中。通过合并后的材料数量,他们将这次合并发生的时间建议为:距离最终形成太阳系的天然气和尘埃云中大约1000光年,而银河系的直径约为10万光年。

已观测黑洞以外密度最大的星体

根据科学家们到现阶段的探索和研究,除了黑洞以外密度最大的星体便是中子星。这是恒星末期由重力崩溃发生超新星爆炸的少数终点之一。它的质量在终结时也没有达到可以形成黑洞,是介于黑洞体和白矮星之间的一种星体,它的密度可以比地球上的任何物质都大很多倍。在宇宙中存在着这样一个推论,那就是中子星不一定是脉冲星,而绝大多数脉冲星却都是中子星,即中子星是否是脉冲星的关键,在于其是否有脉冲。

恒星的最终状态也并不是中子星,随着温度和能量消耗的变化,中子星也会进一步演化直到其角动量也消耗殆尽,最后变成了不发光的黑矮星。中子星的能量辐射很强,可以达到太阳的100万倍,如果按照我们目前世界上的用电情况,它一秒的辐射能量如果完全转化为电能,便够我们的地球使用几十亿年。

而中子星的前身,通常都是质量达到太阳10-29倍的恒星,只是因为在爆发坍塌的过程中产生了庞大的压力,使得其物质结构发生了翻天覆地的变化。在这个过程中,它的原子外壳和原子核都被压迫,就连原子核中的质子和中子也被挤出来,然后质子和电子聚集在一起结合成了中子,当所有中子挤在一起才形成了中子星。在中子星上,每立方厘米的物质都能达到一亿、甚至是十亿吨的重量。

对银河系演化产生影响的重要角色

太阳系中大约11亿亿吨的那些重要元素,都是由这个古老的中子星合并所提供。而像超新星的恒星爆炸这样的现象,则可以产生周期表上比铁更重的元素,但是,那些元素所产生的元素模式和古代陨石则是完全不同的。

科学家们表示,如果该中子星合并事件发生在如今和地球相同的距离条件下,那么它将会像新月一样明亮,似乎被挤到一点,比整个夜空更加璀璨而明亮。如果是在白天,它甚至将比太阳的亮度更强,并且持续的时间可以达到一周左右。

但是,如果我们星球很不幸的遭遇了这次中子星碰撞所造成的黑洞极点,那将是另外一番灾难局面。因为在这场合并发生的不久之后,将会有一种被称为伽马射线的东西会爆发巨大的爆炸,并且还是从黑洞的两级爆发。尽管这样的爆炸持续时间可能大约只有一秒钟,但其释放的能量却可能比太阳整个生命周期中的辐射更多。

当这样的爆发导致伽马射线撞击了地球,高层大气在吸收它们的同时,还会产生紫外线,此时,附近的伽马射线爆发将导致一场大规模灭绝。但有一点很幸运,中子星合并在银河系发生的时间周期为大约十万年,而附近发生的那些就更难以得见。简而言之,我们并不会以任何方式处在任何直接性的危险中。所以,要了解它们在银河系的演化中扮演了怎样的角色,科学家们首要的任务,那就是研究银河系过去发生中子星合并事件的频率。

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