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2024年9月12日 星期四

科学探索宇宙時空

科學家們看到巨大的宇宙崩潰,黄金被创造出来

張均威

2017年10月18日

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張均威

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張均威

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張均威

这是一个微弱的信号,但它告诉了我们宇宙中最暴力的行为之一,而且它可能很快会揭示宇宙的秘密,包括黄金是如何创造出来的。

世界各地的天文学家对这信号迅速反应,将安装在所有大陆上的,甚至在轨道上的望远镜一齐往遥远天空的一个地方聚焦。

8月中旬他们目睹到的东西,星期一才透露出,原来是久远年代前的两颗早已相撞的中子星--加州理工学院的David H. Reitze称之为“宇宙中最壮观的烟火”。

“当这些东西相撞时,整个地狱都散架了。”他说。

对碰撞造成的光和能量的测量可帮助科学家们解释毁灭星球的伽马射线爆如何诞生,宇宙扩张是多快,以及铂金和金子等重金属来自何方。

“这不正是你所希望获得的一切”,雪铁布大学物理学教授邓肯·布朗(Duncan Brown)如是说,他属于由这场碰撞涉牵扯进来的4000多名科学家之一员。 “这是我们梦寐以求的观察实验。”

它从一个称为NGC 4993的星系开始,从地球上的九头蛇星座中可看到。 卡内基机构天文学家玛丽亚·德鲁特(Maria Drout)说,两颗中子星,核心坍塌了,密度高到一茶匙就10亿吨重,越来越快的跳跃着,越来越靠近,直到它们相撞。

这场崩溃,叫做kilonova,产生了激烈的伽马射线爆,以及被爱因斯坦理论化了的,在空间和时间的结构中传播的,微弱的引力波。

在Las Cumbres天文台的工作的科学家Andy Howell说:“这就像一个远远超出人类建造能力的宇宙原子加速器。” “我们终于知道当一个不可阻挡的力量遇到一个不可移动的物体时,会发生什么,这就是kilonova。”

事故发生在1.3亿年前恐龙仍在地球上漫游的时代,其信号等到8月17日才到达地球,旅行了1.3亿光年。

探测伽马射线的美国宇航局费米望远镜,和安装在路易斯安那州和华盛顿州的重力波探测器,在1.7 秒之内都测得这信号。这些重力波探测器是LIGO实验室的一部分,其创始人本月初已获得诺贝尔物理奖。这些信号向世界范围触发了警报,世界各地的望远镜向同一点聚焦,使之成为历史上观察最为完善的天文学事件。

八月之前,LIGO检测到的唯一重力波是黑洞碰撞产生的。但黑洞不让光线逃脱,所以天文学家甚么也看不见。

这次有很多可以看到,测量和分析:物质,光和其他辐射。哈勃太空望远镜甚至获得了其余辉的快照。

发现这碰撞发生的地方并不容易。最终科学家把位置缩小到100个星系,仔细搜索后发现它坐落在他们看的第九个星系。

布兰代斯大学的天体物理学家马塞勒·苏亚雷斯·桑托斯(Marcelle Soares-Santos)表示:“这是在干草堆中找到针头的经典挑战,加上针头正在逐渐消失,干草堆正在移动。”

“从头到尾的完整性是前所未有的“,哥伦比亚大学物理学教授Szabolcs Marka说: “发现中有许多非凡的发现。”

相撞的星星喷出了明亮的蓝色,超热的碎片,是致密和不稳定的。 其中一些合并成重金属,如金,铂和铀。 科学家怀疑中子星碰撞有足够的力量创造更重的元素,但直到他们目睹之前才确定。

“我们看到黄金正在形成,”雪城的布朗说。

从测量紫外光的望远镜进行的计算表明,这次爆炸的重元素的总质量是地球质量的1300倍。 所有这些东西 – 包括较轻的元素 – 被抛在了所有不同的方向,现在正加速在宇宙里。

也许有一天,这些东西将以我们星球的形成方式形成行星,Reitze说 – 也许这行星上富含贵金属的矿脉。

加州大学圣克鲁斯分校的Ryan Foley说:“我们已经知道铁来自恒星爆炸,骨头里的钙来自星星,现在我们知道你的结婚戒指中的金子来自合并中子星。”

这碰撞也有助于解释宇宙中最危险的力量之一的起源 – 短伽马射线爆,聚焦的辐射束,可以消除任何它们触及到的星球上的生命。 雷茨说,这两个爆发在两个不同的方向射出,垂直于两个中子星的首次碰撞。

幸运的是对于我们来说,这伽马射线束并没有对准地球,而且产生的距离太远而构不成威胁,他说。

科学家们知道宇宙从大爆炸以来一直在扩张。通过使用LIGO在观察这个事件的同时测量引力波,研究人员估算了所谓的哈勃常数是多快。在此之前,科学家们用不同的技术提出了两个略有不同的答案。来自这个事件的粗糙数字在原来的两个之间,Reitze说。

第一个光学图像显示了一个非常热的亮蓝点,这可能是中子星碎片中重元素生成过程的开始,Drout说。 一两天后,蓝色褪色,变得越来越冷淡。 三周后,她完全消失了。

这几乎没有发生。 信号通过八天后,为进行一年的计划升级,LIGO引力波关闭了。一个月后,发生碰撞的整个地区将被太阳遮挡,天文学家们将无法再窥视它。

法国科尔多瓦指出国家科学基金会的天体物理学家说,几乎所有的发现证实了现有的理论,但尚未得到证实 – 理论家们一直试图解释宇宙中发生的事情是令人鼓舞的结果。

佐治亚理工大学物理学教授劳拉·卡多纳蒂(Laura Cadonati)说:“我们到目前为止还不能证明爱因斯坦是错误的。 “但我们会继续努力。”

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