罕见的宇宙碰撞就像“黄金工厂”

2021 年 12 月，美国‬多台望远镜探测到异常明亮的光波，这是一次罕见的宇宙爆炸的结果，该爆炸产生了大量重元素，例如黄金和铂金。

称为 GRB 211211A 的伽马射线暴持续了大约一分钟。伽马射线暴被认为是宇宙中最强烈和最明亮的爆炸之一，它们的长度从几毫秒到几小时不等。

爆发的持续时间暗示它是由一颗大质量恒星在超新星中死亡时的爆炸引起的。但是伽马射线爆发的后果比超新星产生的后果微弱且消退得更快，分析该事件的天文学家还发现了过量的红外光。

千新星和伽马射线暴（右）以及爆炸喷出的物质（左）。

“我们的夜空中有很多物体很快就会消失，”美国‬西北大学温伯格艺术与科学学院物理学和天文学助理教授、资深作者和四项研究之一的合著者 Wen-fai Fong 说。“我们用不同的滤镜对光源成像以获得颜色信息，这有助于我们确定光源的身份。在这种情况下，红色占了上风，蓝色褪色得更快。这种颜色演变是千新星的标志，而千新星只能来自中子星合并。”

这项‬研究于‬周‬三发表‬在自然天文学杂志上。

千新星‬是罕见的大规模爆炸，由中子星之间的灾难性碰撞引起，中子星是爆炸恒星或中子星与黑洞之间碰撞的极其致密的残余物。

在确定千新星产生了红外光后，天文学家对伽马射线爆发的 持续时间 变得更加困惑。由这些罕见的爆炸引起的伽马射线爆发曾被观察到只持续不到两秒钟，但这个信号至少持续了一分钟。

“当我们跟踪这次长时间的伽马射线爆发时，我们预计它会导致大质量恒星坍塌的证据，相反，我们发现的非常不同。当我 15 年前进入这个领域时，长伽马射线暴来自大质量恒星坍塌这一事实是固定不变的。这一意想不到的发现不仅代表了我们认识的重大转变，而且令人兴奋地打开了一扇新的发现窗口。”

哈勃太空望远镜拍摄了这张伽马射线爆发位置的图像，用红色圈出。

中子星是致密的宇宙天体，因此研究人员从没想过它们含有足够的物质来产生持续近一分钟的伽马射线暴。

爆炸发生在 距地球约10亿光年的星系中。由于该事件发生的时间相对较近，从天文学上讲，天文学家使用多架望远镜来收集前所未有的细节。

“我们发现，这一事件产生了大约 1000 倍于地球质量的极重元素。这支持了这样一种观点，即这些千新星是宇宙中黄金的主要工厂，”英国伯明翰大学副教授、自然天文学研究之一的合著者马特·尼科尔博士在一份声明中说。

这一事件的新观察特征正在改变天文学家理解伽马射线暴或 GRB 的方式。

“如此奇特的 GRB 是有史以来首次发现此类 GRB，”拉斯维加斯内华达大学天体物理学教授、自然天文学研究之一的合著者张兵 在一份声明中说。“这一发现不仅挑战了我们对 GRB 起源的理解，（而且）还要求我们考虑一些 GRB 形成的新模型。”

张的团队认为，爆发的独特性质可能是中子星与白矮星或 低质量恒星死亡时出现的地球大小的残余物之间可能发生的碰撞造成的。

该事件还帮助回答了有关宇宙中最重元素创造的一些问题。

这张插图显示了两颗中子星开始合并。

“千新星‬是由宇宙中一些最重元素的放射性衰变提供动力的，”西北大学天文学博士生、自然天文学研究的第一作者 Jillian Rastinejad 说。“但是千新星很难观察到，而且很快就会消失。现在，我们知道我们还可以使用一些长伽马射线暴来寻找更多的千新星。”

詹姆斯·韦伯太空望远镜将使天文学家能够使用光谱学或测量不同波长的光来搜索千新星释放的辐射。

“不幸的是，即使是最好的地面望远镜也不够灵敏，无法进行光谱分析，”Rastinejad 说。“使用（韦伯望远镜），我们可以获得千新星的光谱。这些谱线提供了您检测到最重元素的直接证据。”