中子星碰撞引发重金属散落,引力波如何揭示此类事件的发生?

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作者:文/虞子期

长时间以来,人类对宇宙的探索从未停歇,我们对位于该空间中的各类天体和现象的认知,也随着探测仪器的进步而有了更多了解。但在这个充满未知的世界里,依然蕴藏着诸多我们难以理解、甚至难以察觉的现象或事件,而古老的中子星碰撞事件便是其中之一。科学家们在经过较长时间的探索之后,终于对其有了更加清晰地认知,比如:此类碰撞事件竟足以引发重金属在其周围散落,而太阳系中存在的金矿也与中子星碰撞密切相关。那么,为何在过去的时间里,如此强大的碰撞事件并未被人察觉,科学家们如何通过引力波来揭示此类事件的发生?

中子星碰撞引发重金属在周围散落

当两颗中子星发生碰撞时,由于此类合并事件太过猛烈,以至处于它们周围的时空结构被撼动,并在宇宙中释放出像水中涟漪一般、会进行传播的强大引力波。与此同时,该合并事件还存在着灾难性的爆炸,而在此期间所产生的像黄金和铂金一样的重金属,便会喷洒在它们银河系中的数百个行星周围。比如,我们地球上存在的这些重金属,就在此类爆炸中形成,它们与古代银河系的中子星合并之间存在着密切的关联。

尽管科学家们第一次探测到的引力波是从最初的12个小时之后开始,在碰撞事件中留下的图片并不完整,但科学家们还是寻获了具体的证据,足以证明这种合并发生在引力波从恒星坠毁地点发出之时。为了确保这个结果的正确性,研究人员分别将发生于2016年的可疑爆炸和2017年的著名合并进行了比较,最终得出了几乎相同的结果,从这两起事件的红外数据来看,它们的时间尺度完全相同,且具有相似的发光度。所以,那场发生于2016年的爆炸事件,实际上是一场异常大规模的银河合并事件,而其中的合并主体为两颗中子星是最合理的解释,正如科学家们在2017年通过LIGO所发现的那样。

太阳系的金矿和中子星撞击密切相关

科学家们对一颗古老陨石中的放射性残留物进行了分析,并将结果数据与中子星合并所生成的同位素比率进行了一系列比较。结果表明:在时空的结构中,具有灾难性的恒星碰撞事件足以激起涟漪,并且,这样的超强爆发事件就发生在我们的太阳系附近,而发生的时间则大约是在46亿年前。在古老的中子星碰撞事件中,宇宙邻域获得了比拥有26个质子的铁更重的元素,其中也包括了太阳系早期所包含的数百万磅像黄金和白金这样的贵金属。我们可以通过数字的方式对该含量有直接的感官,总体而言,这次撞击所带来的重元素,大概能够占据到太阳子重元素总含量的0.3%。

事实上,像黄金这样的重元素产生于放射性衰变过程,并且,只有宇宙中的极端事件才会存在这样的过程,比如,我们所熟知的超新星爆炸或中子星碰撞事件。虽然,在宇宙重元素的产生中,究竟哪一种现象扮演了更重要的角色,暂时还无法确定,但在我们的太阳系中,中子星碰撞一定是重元素的主要来源之一。科学家们认为,在我们的银河系中,中子星碰撞事件属于非常罕见的一类事件,在一百万年的时间里大约可以发生数次,而超新星爆发则显得更为常见一些,只需要间隔50年左右的时间。超新星的高速率,导致了其无法对太阳系早期流星中所观察到的重元素进行说明,甚至还被排除在了可能来源之外,但是,中子星之间的合并事件却完全与之相符。

引力波如何揭示中子星碰撞事件

当引力波被第一次探测到时,所有人都为此而欢呼,因为这是爱因斯坦早在1916年就提出的时空结构中的涟漪。科学家们不仅找到了黑洞合并可造成更大黑洞产生的物理证据,更验证了一百多年前曾提出的一种、通过仪器可以测量的现象。事件中的两个黑洞来自于13亿年前,它们的质量分别达到了太阳质量的29到30倍左右,在不到一秒的时间里,就大约有三倍太阳的质量被转换为引力波,引力波因为宇宙撞击而以光速向外流动,期间所产生的峰值功率输出,甚至达到了我们整个可见宇宙的50倍上下。

引力波与光波有所不同,在穿越太空时,前者并不会因为受到其他物质的相互作用而发生变化,科学家们可以通过这样的检测方式打开宇宙探索的新窗口,且提升了我们对自然界空间和时间本身的理解。LIGO能发现的对象,相对而言都是比较强大的引力波,它们通常都是两个中子星或黑洞之间的合并,以及恒星发生爆炸时所产生的引力波,也就是所谓的超新星。正因为LIGO对此类宇宙事件的引力波尤为敏感,科学家们想要找到此类物体之间发生的事件,那么,寻找和研究它们的唯一途径便是引力波观测。在过去的几个世纪中,科学家们只能使用光学光,直到后来我们可以通过无线电波、伽马射线、紫外线、X射线对宇宙进行研究,人类一直没有停止对宇宙萌生新的认识。

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