天体物理学家测量爆炸中子星发出的光芒中电子的“舞蹈”

Josiah02 · 发表于 2024-11-4 20:06:58

在两颗中子星碰撞和一个黑洞诞生后，科学家在放射性辉光中观测到了基本粒子的温度。这首次使得测量这些宇宙事件的微观物理特性成为可能。
同时，它揭示了瞬间拍摄的快照如何代表一个物体在时间上的延伸。这一发现是由哥本哈根大学尼尔斯玻尔研究所的天体物理学家发现的，并发表在《天文学与天体物理学》上。
新的观察方法揭示重元素的产生
两颗中子星相撞，形成了迄今为止观测到的最小黑洞。这场剧烈的宇宙碰撞除了产生了黑洞外，还产生了一个火球，其膨胀速度接近光速。在接下来的几天里，它的亮度堪比数亿个太阳。
这个发光物体，又名千新星，之所以如此明亮，是因为爆炸中产生的重放射性元素衰变会产生大量辐射。
通过结合全球各地望远镜对千新星光的测量结果，由尼尔斯·玻尔研究所宇宙 DAWN 中心领导的国际研究小组已经接近了解这次爆炸的神秘本质，并更接近一个古老的天体物理学问题的答案：比铁重的元素来自哪里？
“这次天体物理爆炸每小时都在急剧发展，因此没有一架望远镜可以跟踪它的整个过程。地球自转阻挡了各个望远镜对该事件的观察角度。
“但通过结合澳大利亚、南非和哈勃太空望远镜的现有测量数据，我们可以详细跟踪其发展。我们发现，整体显示的内容大于各组数据的总和，”尼尔斯玻尔研究所博士生、新研究负责人阿尔伯特·斯内彭 (Albert Sneppen) 表示。
这次爆炸类似于大爆炸后不久的宇宙
碰撞发生后，碎裂的恒星物质温度高达数十亿度，甚至比太阳中心的温度还要高出一千倍，相当于宇宙大爆炸后一秒钟的温度。
如此极端的温度会导致电子不再附着在原子核上，而是漂浮在所谓的电离等离子体中。
电子四处“跳舞”。但在随后的片刻、几分钟、几小时和几天里，恒星物质逐渐冷却，就像大爆炸后的整个宇宙一样。
锶的指纹是重元素形成的证据
大爆炸后 37 万年，宇宙已经冷却到足以让电子附着在原子核上并形成第一批原子。光现在可以在宇宙中自由传播，因为它不再受到自由电子的阻挡。
这意味着我们在宇宙历史上所能看到的最早的光就是所谓的“宇宙背景辐射”——一种光的拼凑，构成了遥远的夜空背景。现在可以在爆炸的恒星物质中观察到电子与原子核统一的类似过程。
具体结果之一是观测到锶和钇等重元素。它们很容易探测到，但很可能还有许多其他我们不确定来源的重元素也在爆炸中产生。
“我们现在可以在余辉中看到原子核和电子结合的瞬间。这是我们第一次看到原子的产生，我们可以测量物质的温度，并看到这次遥远爆炸中的微观物理现象。
“这就像从四面八方欣赏我们周围的三种宇宙背景辐射，但在这里，我们可以从外部看到一切。我们可以看到原子诞生之前、期间和之后的瞬间，”宇宙 DAWN 中心的博士生、这项研究的共同作者 Rasmus Damgaard 说。
尼尔斯玻尔研究所的合著者兼助理教授卡斯帕·海因茨继续说道：“物质膨胀得如此之快，体积也如此之大，以至于光需要几个小时才能穿过爆炸。这就是为什么，只要观察火球的远端，我们就能看到爆炸的更早的历史。
“离我们更近的地方，电子已经连接到原子核上，但在另一边，在新生黑洞的另一端，‘现在’仍然只是未来。”

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