天文学家观察灾难性的中子星合并 以了解宇宙中元素的起源

天文学家观察灾难性的中子星合并以了解宇宙中元素的起源尽管如此，科学家们还没有确定中子星合并产生的确切元素，只有锶除外，它已经在光学光谱中被确定。东北大学研究生院的研究生和日本科学促进会（JSPS）的研究员NanaeDomoto带领一个研究小组，仔细分析了所有重元素的特性，以解码来自中子星合并的光谱，结果显示，稀土元素的合成在中子星合并的数据中得到证实。千新星（一类发生于双致密天体并合过程中的暂现天文事件）的观测光谱（灰色）和本研究中获得的模型光谱（蓝色）。左边的数字表示中子星合并发生后的天数。虚线表示吸收线的特征。产生这些特征的元素的名称与虚线的颜色相同。为了直观起见，光谱被垂直移位了。观察到的1400纳米和1800-1900纳米左右的光谱受到地球大气层的影响。资料来源：NanaeDomoto他们以此来研究来自GW170817的千新星--由合并过程中喷出的新鲜合成核的放射性衰变引起的明亮光谱。基于对日本国家天文台的超级计算机"ATRUIII"产生的详细千新星光谱模拟的比较，研究人员发现，稀有元素镧和铈可能再现了2017年见证的近红外光谱特征。需要注意的是，到目前为止，稀土元素的存在只是根据千禧年的整体亮度演变来假设的，而不是从光谱特征来假设的。"这是第一次在中子星合并的光谱中直接确定稀有元素，它推进了我们对宇宙中元素起源的理解，"Dotomo说。"这项研究使用了一个简单的喷出物质模型。展望未来，我们希望考虑到多维结构，以掌握恒星碰撞时发生的更大的情况。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1334365.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1334365.htm

天文学家分析中子星合并过程 揭开宇宙重元素诞生的原理

天文学家分析中子星合并过程揭开宇宙重元素诞生的原理这次大爆炸释放出了一个伽马射线暴--GRB230307A，是50年观测中第二亮的伽马射线暴，比一般的伽马射线暴亮1000倍左右。GRB230307A于2023年3月7日首次被美国宇航局的费米伽马射线太空望远镜探测到。科学家们利用多台太空和地面望远镜，包括美国国家航空航天局（NASA）的詹姆斯-韦伯太空望远镜（JamesWebbSpaceTelescope）--有史以来发射到太空的最大、最强大的望远镜--能够在天空中精确定位伽马射线暴的源头，并追踪其亮度的变化情况。根据收集到的信息，研究人员确定这次爆发是两颗中子星在距离地球10亿光年的星系中合并形成千新星的结果。研究人员观察到了碲的证据，碲是地球上最稀有的元素之一。这一突破性发现使天文学家离解开比铁更重的元素的起源之谜又近了一步。"我是一名高能天体物理学家。我喜欢爆炸。我喜欢爆炸产生的伽马射线。但我也是一个真正关心基本问题的天文学家，比如重元素是如何形成的，"哈特曼说。克莱姆森大学物理和天文学系教授迪特尔-哈特曼。资料来源：克莱姆森大学伽马射线暴（GRBs）是伽马射线光的爆发，是光中能量最高的一种，持续时间从几秒到几分钟不等。最早的伽玛射线暴是在20世纪60年代由用于监测核试验的卫星探测到的。全球红外探测器的成因各不相同。长持续时间的全球记录光暴发是由超新星引起的，超新星是指一颗大质量恒星到达其生命尽头并爆发出光的时刻。持续时间较短的古雷暴是由两颗中子星合并（称为千新星）或一颗中子星和一个黑洞合并产生的。虽然GRB230307A只持续了200秒，但科学家们看到余辉的颜色从蓝色变成了红色，这是千新星的特征。"爆发本身实际上表明这是一个持续时间很长的事件，它应该是一个正常的超新星类型。但它有不寻常的特征。它不太符合长爆发的模式，"哈特曼说。"事实证明，这个放射性云团，这个千新星余辉，其中有所有这些核合成指纹，是双星合并的特征。令人兴奋的是，我们利用韦伯望远镜识别出了一种化学指纹，我们原本以为这种指纹会出现在短爆发中，但却在长爆发中看到了它。"哈特曼说，宇宙大爆炸产生了氢和氦。所有其他元素都是由恒星和星际介质中的过程产生的。"有些恒星的质量大到足以爆炸，它们会把这些物质送回气态环境，然后再制造新的恒星。因此，宇宙中存在着一种循环，它使我们的碳、氮、氧以及我们所需的所有物质变得更加丰富，我们称恒星为宇宙的大锅。"热核反应或聚变使恒星闪闪发光，这导致了更多重元素的相继产生。他说，轮到铁的时候，就没有多少能量可以挤出来了。那么，金和铀等重元素从何而来？"重元素有着特殊的起源。主要有两个过程。一个叫做快速过程，另一个叫做慢速过程。哈特曼说："我们认为r过程发生在那些中子星合并中。"理论建模表明千新星当中应该产生碲，但詹姆斯-韦伯太空望远镜探测到的光谱线提供了实验证据。光谱线是连续光谱中的一条暗线或亮线。它是由原子或离子内部的跃迁产生的。哈特曼说："我们认为这是一个相当可靠的鉴定，但并不能够像法庭上所说的那样排除合理怀疑。"研究的详细结果见科学杂志《自然》上发表的题为"JWST观测到的紧凑天体合并中的重元素生成"的论文：https://www.nature.com/articles/s41586-023-06759-1编译自:ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1422941.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1422941.htm

天文学家通过分析引力波揭开中子星合并的热能秘密

天文学家通过分析引力波揭开中子星合并的热能秘密当两颗中子星相互绕行时，它们会在时空中释放出称为引力波的涟漪。这些涟漪会消耗轨道的能量，直到两颗恒星最终相撞并合并成一个天体。科学家们利用超级计算机模拟探索了不同核物质模型的行为如何影响这些合并后释放的引力波。他们发现，残余物的温度与这些引力波的频率之间存在很强的相关性。下一代探测器将能够区分这些模型。中子星合并后约5毫秒，从上往下看，两种不同模拟中子星合并（上、下）的密度（右）和温度（左）对比图。资料来源：宾夕法尼亚州立大学雅各布-菲尔兹（JacobFields）。科学家利用中子星作为实验室，在地球上无法探测的条件下研究核物质。他们利用目前的引力波探测器来观测中子星合并，了解超密集冷物质的行为方式。然而，这些探测器无法测量恒星合并后的信号。这个信号包含了热核物质的信息。未来的探测器将对这些信号更加敏感。由于它们还能区分不同的模型，这项研究的结果表明，未来的探测器将帮助科学家们建立更好的热核物质模型。这项研究使用THC_M1对中子星合并进行了研究。THC_M1是一种模拟中子星合并的计算机代码，它考虑到了恒星强大引力场造成的时空弯曲以及致密物质中的中微子过程。研究人员通过改变状态方程中的比热容来测试热效应对合并的影响，比热容用于测量中子星物质温度上升一度所需的能量。为了确保结果的稳健性，研究人员以两种分辨率进行了模拟。他们用更近似的中微子处理方法重复了更高分辨率的运行。参考文献《双中子星合并中的热效应》，作者：JacobFields、AviralPrakash、MatteoBreschi、DavidRadice、SebastianoBernuzzi和AndrédaSilvaSchneider，2023年7月31日，《天体物理学杂志通讯》。DOI:10.3847/2041-8213/ace5b2《低三动量传递时中子-碳相互作用中核效应的识别》，2016年2月17日前，《物理评论快报》。DOI:10.1103/PhysRevLett.116.071802这项工作使用了宾夕法尼亚州立大学国家能源研究科学计算中心、匹兹堡超级计算中心和计算与数据科学研究所提供的计算资源。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1404551.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1404551.htm

宇宙炼金术：3D模型揭示千新星制造重元素的秘密

宇宙炼金术：3D模型揭示千新星制造重元素的秘密合并时的两颗中子星。三维计算机模拟技术的最新进展让人们对中子星合并后发出的光线有了更深入的了解。这些模拟对于了解比铁更重的元素的起源至关重要。资料来源：DanaBerrySkyWorksDigital,Inc.GSI/FAIR科学家、《天体物理学杂志通讯》（TheAstrophysicalJournalLetters）上这篇论文的主要作者卢克-J-辛格斯（LukeJ.Shingles）说："我们的模拟结果与观测到的千新星AT2017gfo之间前所未有的吻合表明，我们大致了解了爆炸和爆炸后发生了什么。最近结合引力波和可见光进行的观测表明，中子星合并是产生这种元素的主要场所。"辐射转移模拟背后的力学原理中子星合并时喷射出的物质中电子、离子和光子之间的相互作用决定了我们能通过望远镜看到的光。这些过程和发射的光都可以用辐射传递的计算机模拟来建模。研究人员最近首次制作了一个三维模拟，该模拟能够自洽地跟踪中子星合并、中子俘获核合成、放射性衰变沉积的能量以及重元素数千万次原子跃迁的辐射传递。极震区作为一个三维模型，观测到的光线可以在任何观察方向上进行预测。当观察方向几乎垂直于两颗中子星的轨道平面时（如观测证据显示的千新星AT2017gfo），该模型预测出的光谱分布序列与观测到的AT2017gfo极为相似。Shingles说："这一领域的研究将有助于我们了解比铁更重的元素（如铂和金）的起源，这些元素主要是由中子星合并中的快速中子俘获过程产生的。"千新星的三维模拟结果资料来源：LukeJ.Shinglesetal2023ApJL954L41大约有一半比铁重的元素是在极端温度和中子密度的环境中产生的，就像两颗中子星相互合并时产生的那样。当两颗中子星最终相互旋进并凝聚在一起时，所产生的爆炸会导致物质喷射出来，在适当的条件下，通过一连串的中子俘获和β衰变，产生不稳定的富中子重核。这些核子衰变到稳定状态，释放出的能量为爆炸性的"千新星"瞬态提供了动力，这种明亮的光发射在大约一周内迅速消退。三维模拟结合了多个物理学领域，包括高密度下的物质行为、不稳定重核的特性以及重元素的原子-光相互作用。进一步的挑战依然存在，例如计算光谱分布的变化率，以及描述晚期喷出的物质。这一领域未来的进展将提高我们预测和理解光谱特征的精确度，并将进一步加深我们对重元素合成条件的理解。这些模型的一个基本要素是高质量的原子和核实验数据，FAIR设备将提供这些数据。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1391441.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1391441.htm

天文学家发现存在仅几毫秒的巨型中子星

天文学家发现存在仅几毫秒的巨型中子星这个物体是什么取决于总质量。一颗中子星的最大质量刚刚超过两个太阳，然后它就会在自身的引力下坍塌，形成一个黑洞--所以如果两颗中子星的总质量低于这个极限，它们就会形成一颗新的中子星。如果质量更高，则碰撞将产生一个黑洞。在新的研究中，天文学家检测到两颗中子星之间的合并导致了黑洞。然而，他们还发现了一个耐人寻味的中间阶段的信号--只存在短短几毫秒的超重中子星。根据对中子星合并的计算机模拟，如果形成了超重中子星，在事件中抛出的引力波中出现一种被称为准周期振荡（QPO）的特定模式。虽然目前的观测站还没有敏感到可以在引力波中探测到这些，但新研究的团队确定，它们的指纹也会在伽马射线中显示出来。为了测试这个想法，天文学家们扫描了三个天文台在过去几十年中捕获的700个短伽马射线暴（GRB）的档案数据。果然，伽马射线QPOs出现在康普顿伽马射线天文台捕获的两个事件中--一个发生在1991年7月，另一个发生在1993年11月。研究小组计算出，被探测到的超重中子星的质量超过太阳的2.5倍，并且在坍缩成黑洞之前将持续不超过300毫秒的时间。它们的旋转速度也会非常快--如果它们持续那么久的话，几乎是每分钟78000转。相比之下，旋转速度最快的脉冲星的时钟低于43000转。该团队表示，未来的引力波探测器应该变得足够敏感，可以直接发现超重中子星的特征，这可能有助于提供关于这些超短命物体的新信息。该研究发表在《自然》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1338723.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1338723.htm

天文学家利用多重成像的引力透镜揭开超新星揭开暗物质之谜

天文学家利用多重成像的引力透镜揭开超新星揭开暗物质之谜放大到超新星兹威基：从帕洛玛ZTF相机的一小部分开始，即64个"象限"中的一个，每个象限都包含了数以万计的恒星和星系，放大后我们可以看到分别在智利和夏威夷的较大和较清晰的VLT和凯克望远镜进行的详细探索。在分辨率最高的Keck图像上，可以看到超新星Zwicky的四个几乎相同的"副本"。多重图像的产生是由于一个前景星系造成的空间扭曲，在中心位置也可以看到，大约在超新星爆炸地点和地球之间的一半。资料来源：J.Johansson由斯德哥尔摩大学奥斯卡-克莱因中心的ArielGoobar领导的团队发现了一个不寻常的Ia型超新星，即SNZwicky。Ia型超新星在测量宇宙距离方面发挥了关键作用。它们被用于发现宇宙的加速膨胀，导致了2011年诺贝尔物理学奖的获得。新发现的超新星由于其非凡的亮度和多图像的配置而脱颖而出，这是阿尔伯特-爱因斯坦的广义相对论所预测的一种罕见现象。在特殊情况下，大型天体充当了宇宙放大镜的角色。这些放大镜也创造了在天空中不同位置可见的多条光路。在帕洛玛天文台的兹威基瞬变设施探测到这颗超新星的几周内，研究小组用夏威夷毛纳克亚山顶的W.M.凯克天文台和智利的甚大望远镜的自适应光学仪器观测了SNZwicky。凯克天文台的观测解析了多张图像，证实了不寻常的超新星亮度背后的强透镜假说。美国宇航局的哈勃太空望远镜也观测到了SNZwicky的四张图像。在SNZwicky中观察到的多重成像透镜效应是由一个前景星系施加的引力场作为引力透镜的结果。在特殊情况下，大型天体充当了宇宙放大镜的角色。这些放大镜也创造了在天空中不同位置可见的多条光路。观察多幅图像不仅可以揭示强光超新星的细节，还可以提供一个独特的机会来探索导致光线偏转的前景星系的特性。这可以让天文学家更多地了解星系的内部核心和暗物质。凝聚型超新星也是非常有前途的工具，可以完善描述宇宙膨胀的模型。随着科学家们继续解开宇宙的复杂性，SNZwicky的多重成像透镜的发现为研究引力透镜现象及其对宇宙学的影响提供了新的途径。这是揭开暗物质、暗能量和我们宇宙的最终命运之谜的重要一步。"斯德哥尔摩大学的博士后、该研究的共同作者JoelJohansson说："SNZwicky的极度放大给了我们一个前所未有的机会来研究遥远的Ia型超新星爆炸的特性，当我们用它们来探索暗能量的性质时，我们需要这些特性。该项目的主要研究者、斯德哥尔摩大学奥斯卡-克莱因中心主任ArielGoobar教授对这一重大发现表达了他的热情："SNZwicky的发现不仅展示了现代天文仪器的卓越能力，也代表着我们在寻求了解塑造我们宇宙的基本力量方面迈出了重要一步"。斯德哥尔摩大学物理系奥斯卡-克莱因中心领导发现SNZwicky的团队：从左至右依次为EdvardMörtsell,SteveSchulze,JoelJohansson,AnaSaguésCarracedo,ArielGoobar和NikkiArendse。资料来源：奥斯卡-克莱因中心该团队的研究结果已经发表在《自然-天文学》上，论文的题目是"发现具有放大的标准烛光SNZwicky的引力透镜星系群"。该出版物对SNZwicky进行了全面的分析，包括从世界各地的望远镜收集的成像和光谱数据。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1368109.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1368109.htm