天文学家利用美国宇航局的JWST和其他望远镜探测到中子星碰撞产生的明亮伽马射线爆发，从而首次在太空中直接观测到碲等重金属。这一发现揭示了宇宙中重元素的起源。
利用多个天文台，天文科学家们直接在两颗合并的中子星中探测到碲。
天文学家发现了距离地球9亿光年的一对金属锻造中子星。
在最近发表在《自然》杂志上的一项研究中，包括麻省理工学院科学家在内的一个国际天文学家团队报告说，他们探测到了一种极其明亮的伽马射线暴(GRB)，这是宇宙中已知的最强大的爆炸类型。这个特殊的GRB是迄今为止探测到的第二亮的GRB，天文学家随后追踪到爆发的起源是两颗合并的中子星。中子星是大质量恒星坍缩后的超高密度核心，被认为是宇宙中许多重金属形成的地方。
重我的证据太空中的数字
研究小组发现，当恒星相互环绕并最终合并时，它们以伽马射线暴的形式释放出巨大的能量。而且，天文学家第一次直接探测到恒星残余物中重金属的迹象。具体来说，他们捕捉到了碲的清晰信号，这是一种重而温和的有毒元素，在地球上比铂还稀有，但据信在整个宇宙中含量丰富。
在这幅艺术家的概念图中，两颗中子星开始合并，喷出高速粒子射流，产生碎片云。资料来源:A. Simonnet(索诺玛州立大学)和戈达德太空飞行中心
天文学家估计，这次合并释放出的碲足够300个地球的质量。如果碲元素存在，那么合并过程中一定会产生其他密切相关的元素，比如碘，这是地球上大部分生命所必需的矿物质营养。
全球天文的nomical努力
这一发现是在世界各地天文学家的共同努力下完成的，他们使用了美国宇航局的詹姆斯韦伯太空望远镜(JWST)以及其他地面和太空望远镜，包括美国宇航局的TESS卫星(麻省理工学院领导的任务)和智利的甚大望远镜(VLT)，麻省理工学院的科学家曾经为这一发现做出了贡献。
“这一发现是我们对宇宙中重元素形成地点的理解向前迈出的重要一步，并展示了将不同波长的观测结果结合起来，揭示对这些极其高能爆炸的新见解的力量，”研究合著者本杰明施耐德说，他是麻省理工学院Kavli天体物理和空间研究所的博士后。
施耐德是来自世界各地多个机构的众多研究人员之一，他们为这项研究做出了贡献，该研究由荷兰内梅亨大学和英国华威大学的安德鲁·莱文领导。
“一切同时发生”
最初的爆发是在2023年3月7日被美国宇航局的费米伽马射线太空望远镜探测到的，并被确定为异常明亮的伽马射线爆发，天文学家将其标记为GRB 230307A。
迈克尔·福斯诺(Michael Fausnaugh)当时是麻省理工学院(MIT)的研究科学家，现在是德克萨斯理工大学(Texas Tech University)的助理教授，他说:“可能很难夸大它的亮度。”“在伽马射线天文学中，你通常会计算单个光子。但是进来的光子太多了，探测器无法分辨出单个光子。这有点像拨号盘达到了最大值。”
JWST/NIRCam拍摄的GRB 230307A区域的图像显示了相关的千新星和它的宿主星系。来源:NASA, ESA, CSA, STScI, Andrew Levan (IMAPP, Warw)
这次超亮的爆发也异常漫长，持续了200秒，而中子星合并通常会产生短时间的grb，闪光不到两秒。这一明亮而持久的耀斑立即引起了全世界的兴趣，天文学家将许多其他望远镜都集中在这一爆发上。这一次，爆发的亮度对科学家有利，因为整个太阳系的卫星都探测到了伽马射线耀斑。通过对这些观测结果进行三角测量，天文学家可以确定爆发的位置——在南部天空的门萨星座内。
在麻省理工学院，施耐德和福斯诺加入了多管齐下的研究。费米最初探测到GRB 230307A后不久，福斯诺检查了TESS卫星拍摄的数据是否出现了爆发，TESS卫星恰好指向最初探测到GRB 230307A的同一区域。福斯诺回顾了TESS的那部分数据，发现了这次爆发，然后从头到尾追踪了它的活动。
“我们可以同时看到所有的东西，”福斯诺说。“我们看到一个非常明亮的闪光，然后是一个小凸起，或者说是余辉。这是一条非常独特的光曲线。如果没有TESS，几乎不可能观察到与伽马射线同时发生的早期光学闪光。”
与此同时，施耐德用另一个地面望远镜——智利的甚大望远镜(VLT)检测了这次爆发。作为在费米望远镜上运行的一个大型grb观测项目的成员，施耐德恰好在费米首次观测后不久值班，并将望远镜对准了爆发。
VLT的观测结果与TESS的数据相呼应，并揭示了一个同样奇怪的模式:GRB的发射似乎很快从蓝色波长转变为红色波长。这种模式是千新星的特征——当两颗中子星碰撞时，通常会发生巨大的爆炸。麻省理工学院小组的分析，结合世界各地的其他观测，帮助确定了GRB可能是两颗中子星合并的产物。
追踪中子星合并
合并本身是从哪里开始的?为此，天文学家转向了JWST的深视场视图，它比任何其他望远镜都能看到更远的太空。天文学家利用JWST观测GRB 230307A，希望找出中子星起源的宿主星系。望远镜的图像显示，奇怪的是，GRB似乎脱离了任何宿主星系。但在12万光年之外的附近似乎确实有一个星系。
望远镜的观测表明，中子星是被踢出了附近的星系。它们很可能是在双星系统中形成的一对大质量恒星。最终，这两颗恒星都坍缩成中子星，在强大的事件中，这两颗恒星被有效地“踢”出了它们的母星系，导致它们逃到一个新的位置，在那里它们慢慢地绕在一起并合并，这是几亿年后的事情。
在合并的高能辐射中，JWST还探测到了碲的清晰信号。虽然大多数恒星可以将较轻的元素搅拌到铁，但人们认为宇宙中所有其他较重的元素都是在更极端的环境中形成的，比如中子星合并。JWST对碲的探测进一步证实了最初的伽马射线爆发是由中子星合并产生的。
施耐德说:“对于JWST来说，这只是一个开始，它已经产生了巨大的影响。”“在未来的几年里，将会发现更多的中子星合并。JWST与其他强大天文台的结合对于揭示这些极端爆炸的本质至关重要。”
有关这项研究的更多信息，请参见:在大规模空间爆炸中形成的生命必需元素韦伯首次瞥见重元素的产生
参考:作者:Andrew Levan、Benjamin P. Gompertz、Om Sharan Salafia、Mattia Bulla、Eric Burns、Kenta Hotokezaka、Luca Izzo、Gavin P. Lamb、Daniele B. Malesani、Samantha R. Oates、Maria Edvige Ravasio、Alicia Rouco Escorial、Benjamin Schneider、Nikhil Sarin、Steve Schulze、Nial R. Tanvir、Kendall Ackley、Gemma Anderson、Gabriel B. Brammer、Lise Christensen、Vikram S. Dhillon、Phil a . Evans、Michael Fausnaugh、fwen -fai FongAndrew S. Fruchter、Chris Fryer、Johan P. U. Fynbo、Nicola Gaspari、Kasper E. Heintz、Jens Hjorth、Jamie A. Kennea、Mark R. Kennedy、Tanmoy Laskar、Giorgos Leloudas、Ilya Mandel、Antonio Martin-Carrillo、Brian D. Metzger、Matt Nicholl、Anya Nugent、Jesse T. Palmerio、Giovanna Pugliese、Jillian Rastinejad、Lauren Rhodes、Andrea Rossi、Andrea Saccardi、Stephen J. Smartt、Heloise F. Stevance、Aaron Tohuvavohu、Alexander van der Horst、Susanna D. Vergani、Darach Watson、Thomas Barclay、Kornpob Bhirombhakdi, elm
Breedt, Alice A. Breeveld, Alexander J. Brown, Sergio Campana, Ashley A. Chrimes, Paolo D 'Avanzo, Valerio D 'Elia, Massimiliano De Pasquale, Martin J. Dyer, Duncan K. Galloway, James A. Garbutt, Matthew J. Green, Dieter H. Hartmann, Páll Jakobsson, Paul K. Leung, Stuart P. Littlefair, James Munday, Paul O 'Brien, Steven G. Parsons, Ingrid salaterra, Boris Sbarufatti，Danny Steeghs, Gianpiero Tagliaferri, Christina C. Th?ne, Antonio de Ugarte Postigo和David Alexander Kann, 2023年10月25日，Nature。DOI: 10.1038/s41586-023-06759-1SHARE TWEET REDDIT电子邮件共享
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