作者:麻省理工学院朱明华
新的研究表明，双星是我们今天看到的金、铂和其他重金属的可能宇宙来源
学分:国家科学基金会/LIGO/索诺马州立大学/A
西蒙尼特 大多数比铁轻的元素都是在恒星的核心锻造而成的
恒星的白热化中心为质子的融合提供燃料，将它们挤压在一起，形成越来越重的元素
但是除了铁之外，科学家们还对什么会产生金、铂和宇宙中其他重元素感到困惑，这些元素的形成需要的能量超过了一颗恒星所能聚集的能量
麻省理工学院和新罕布什尔大学研究人员的一项新研究发现，在两种长期被怀疑的重金属来源中，一种比另一种更像金矿
今天发表在《天体物理学杂志快报》上的这项研究报告称，在过去的2年里
50亿年来，双星中子星合并或两颗中子星碰撞产生的重金属比中子星和黑洞合并产生的重金属还多
这项研究首次从重金属产出的角度比较了这两种合并类型，并表明双星中子星可能是我们今天看到的金、铂和其他重金属的宇宙来源
这些发现还可以帮助科学家确定整个宇宙中重金属的产生速度
“我们对我们的结果感到兴奋的是，在某种程度上，我们可以肯定地说，双星中子星可能比中子-恒星-黑洞合并更像是一座金矿，”该论文的主要作者辛-陈愉说，他是麻省理工学院卡弗利天体物理和空间研究所的博士后
陈的合著者是麻省理工学院物理学助理教授萨尔瓦托勒·维塔莱和的弗朗索瓦·福卡特
高效闪光灯 当恒星经历核聚变时，它们需要能量来融合质子形成更重的元素
恒星能有效地制造从氢到铁等较轻的元素
然而，在铁中融合超过26个质子会变得能量效率低下
维塔莱说:“如果你想超越铁，建造更重的元素，比如金和铂，你需要一些其他的方法把质子聚集在一起。”
科学家怀疑超新星可能是一个答案
当一颗大质量恒星在超新星中坍缩时，其中心的铁可能会与极端沉降物中较轻的元素结合，产生较重的元素
然而，在2017年，一个有希望的候选者被证实，以双星中子星合并的形式，分别被美国和意大利的引力波观测站LIGO和处女座首次探测到
探测器接收到引力波，或穿越时空的涟漪，这些引力波起源于距离地球1.3亿光年的两颗中子星之间的碰撞，中子星是巨大恒星的坍塌核心，里面充满了中子，是宇宙中密度最大的物体之一
宇宙合并发出一道闪光，其中含有重金属的特征
“合并产生的黄金数量相当于地球质量的几倍，”陈说
“这完全改变了局面
数学表明，与超新星相比，双星中子星是创造重元素的更有效方式
" 二元金矿 陈和她的同事们想知道:中子星合并与中子星和黑洞的碰撞相比如何？这是LIGO和处女座发现的另一种合并类型，可能是一家重金属工厂
科学家们怀疑，在某些条件下，黑洞可能会扰乱中子星，从而在黑洞完全吞噬恒星之前，它会发出火花并喷出重金属
该团队着手确定每种类型的合并通常会产生的黄金和其他重金属的数量
他们的分析集中在LIGO和处女座迄今探测到的两颗中子星合并和两颗中子星——黑洞合并
研究人员首先估计了每次合并中每个物体的质量，以及每个黑洞的旋转速度，推断如果黑洞质量太大或太慢，它会在有机会产生重元素之前吞下一颗中子星
他们还确定了每颗中子星对干扰的抵抗力
一颗恒星的抵抗力越强，它产生重元素的可能性就越小
他们还根据LIGO、处女座和其他天文台的观测结果，估计了一次合并相对于另一次合并的频率
最后，研究小组利用福卡特开发的数值模拟，计算了每次合并产生的黄金和其他重金属的平均数量，给出了物体质量、旋转、破坏程度和发生率的不同组合
研究人员发现，平均而言，双星中子星合并产生的重金属可能是中子星和黑洞合并产生的重金属的2到100倍
他们分析所依据的四次合并估计发生在过去的两次合并中
50亿年
然后他们得出结论，至少在此期间，双星中子星合并产生的重元素比中子星和黑洞碰撞产生的重元素多
如果黑洞具有高自旋和低质量，天平可能倾向于中子星-黑洞合并
然而，科学家们还没有在迄今为止发现的两次合并中观察到这种黑洞
陈和她的同事希望，随着和处女座明年恢复观测，更多的探测将改善团队对每次合并产生重元素速率的估计
反过来，这些速率可能有助于科学家根据遥远星系各种元素的丰度来确定它们的年龄
维塔莱说:“你可以像使用碳来确定恐龙遗骸的年代一样，使用重金属。”
“因为所有这些现象都有不同的重元素固有速率和产量，这将影响你如何给星系贴上时间戳
因此，这种研究可以改进这些分析
"
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