天文学家观察灾难性的中子星合并了解宇宙中元素的起源

中子星合并已被证实可以合成稀土元素。一组科学家首次确定了由中子星合并产生的稀土元素,这一发现的细节最近发表在《天体物理学杂志》上。当两颗中子星向内旋转并合并时,由此产生的爆炸产生了大量构成我们宇宙的重元素。这个过程的第一个确认实例发生在2017年,并被命名为GW 170817。

Neutron-Star-Merger-2-scaled.jpg

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Nanae Domoto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。

Rare-Earth-Elements-Synthesis-Confirmed-in-Neutron-Star-Mergers-Data.jpg

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:Nanae Domoto

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”ATRUI II”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。”

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Source: github.com/k4yt3x/flowerhd
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