宇宙炼金术：韦伯望远镜首次窥见重元素碲的产生

宇宙炼金术：韦伯望远镜首次窥见重元素碲的产生研究人员利用各种望远镜观测到了一个明亮的伽马射线暴，揭示了中子星合并的过程，并探测到了稀有元素碲。这些发现源于千新星爆发，让人们对元素的产生有了更深入的了解，有望在未来有更先进的发现。由于詹姆斯-韦伯太空望远镜（JamesWebbSpaceTelescope）和一个高能事件的出现，天文学家现在离答案又近了一步：这是迄今为止探测到的第二亮的伽马射线暴，很可能是由两颗中子星合并引起的--它导致了一场被称为千新星的爆炸。利用韦伯望远镜惊人的灵敏度，科学家们首次从太空中捕捉到了千新星的中红外光谱，这标志着韦伯望远镜首次直接观察到了此类事件中的单个重元素。这幅由韦伯的近红外照相机（NIRCam）仪器拍摄的图像突出显示了GRB230307A的千新星和它的前宿主星系，以及它们所处的由其他星系和前景恒星组成的局域环境。这些中子星被踢出了它们的母星系，飞行了大约12万光年的距离，大约相当于银河系的直径，最终在几亿年后合并在一起。资料来源：NASA、ESA、CSA、STScI、AndrewLevan（IMAPP、Warw）一个科学家小组利用多个太空和地面望远镜，包括美国宇航局的詹姆斯-韦伯太空望远镜、美国宇航局的费米伽马射线太空望远镜和美国宇航局的尼尔-盖尔斯-斯威夫特天文台，观测到了一个异常明亮的伽马射线暴--GRB230307A，并确定了产生爆炸的中子星合并产生了这个伽马射线暴。韦伯还帮助科学家们在爆炸的余波中探测到了化学元素碲。元素周期表中与碲相近的其他元素--如地球上大部分生命所需的碘--也可能存在于千新星喷出的物质中。千新星是中子星与黑洞或另一颗中子星合并后产生的爆炸。这项研究的第一作者、荷兰拉德布德大学和英国华威大学的安德鲁-莱万（AndrewLevan）说："距离德米特里-门捷列夫（DmitriMendeleev）写下元素周期表仅有150多年的时间，现在我们终于可以开始填补这些最后的空白，了解万物是如何形成的。"这幅图表比较了詹姆斯-韦伯太空望远镜观测到的GRB230307A的千新星光谱数据和千新星模型。两者都显示在光谱中与碲相关的区域有一个明显的峰值，红色阴影区域。碲在地球上比铂还要稀有，韦伯望远镜对碲的探测标志着它首次直接观察到来自千新星的单个重元素。资料来源：NASA、ESA、CSA、JosephOlmsted（STScI）虽然中子星合并长期以来一直被理论认为是产生一些比铁重得多的稀有元素的理想"高压锅"，但天文学家之前在获取确凿证据时却遇到了一些障碍。千新星极为罕见，因此很难观测到这些事件。短伽玛射线暴（GRBs），传统上认为是那些持续时间少于两秒的伽玛射线暴，可能是这些不常发生的并合事件的副产品。(相比之下，长伽马射线暴可能会持续几分钟，通常与大质量恒星的爆炸性死亡有关）。GRB230307A的情况尤其引人注目。它是费米伽马射线太空望远镜在3月份首次探测到的，是50多年来观测到的第二亮的伽马射线暴，比费米观测到的典型伽马射线暴亮大约1000倍。它还持续了200秒，尽管起源不同，但仍被牢牢地归入了长持续伽马射线暴的类别。"这次爆裂属于长时间爆裂。它并不接近边界。但它似乎来自一颗正在合并的中子星，"论文合著者、路易斯安那州立大学费米小组成员埃里克-伯恩斯（EricBurns）补充说。Webb的NIRCam（近红外照相机）拍摄到的GRB230307A千新星和中子星的前宿主星系的图像，并配有罗盘箭头、比例尺和颜色键以供参考。向北和向东的罗盘箭头表示图像在天空中的方位。请注意，相对于地面地图上的方向箭头（从上往下看），天空中的北方和东方之间的关系（从下往上看）是颠倒的。刻度条以角秒为单位，角秒是天空中角度距离的量度。1弧秒等于1/3600弧度。(满月的角直径约为0.5度）天空中覆盖1弧秒的物体的实际大小取决于它与望远镜的距离。这幅图像显示的是不可见的近红外光波长，这些波长已被转换成可见光颜色。色键显示了采集光线时使用的NIRCam滤光片。每个滤光片名称的颜色就是用来表示通过该滤光片的红外光的可见光颜色。资料来源：NASA、ESA、CSA、STScI、AndrewLevan（IMAPP、Warw）地面和太空中的许多望远镜通力合作，使得科学家们在首次探测到天体爆发时就能拼凑出有关这一事件的大量信息。这是卫星和望远镜如何合作见证宇宙变化的一个范例。在首次探测后，包括尼尔-盖尔斯-斯威夫特天文台在内的一系列来自地面和太空的密集观测开始行动，在天空中精确定位源，并跟踪其亮度的变化情况。这些伽马射线、X射线、光学、红外线和无线电观测结果表明，光学/红外线对应物很微弱，演化很快，而且变得非常红--这是千新星的特征。意大利INAF-布雷拉天文台的研究合著者OmSharanSalafia说："这种类型的爆炸非常迅速，爆炸中的物质也在迅速膨胀。随着整个云的膨胀，物质迅速冷却，其光的峰值在红外线中变得可见，并在几天到几周的时间尺度上变得更红。"在以后的时间里，从地面上研究这颗千新星是不可能的，但现在的条件对于韦伯的近红外相机（NIRCam）和近红外摄谱仪（NIRSpec）来说，却是观测这个动荡环境的绝佳条件。光谱中的宽线显示出物质是以高速喷射出来的，但有一个特征非常明显：碲发出的光，这种元素在地球上比铂还要稀有。韦伯望远镜高度敏感的红外功能帮助科学家们确定了产生千新星的两颗中子星的"老家"：距离合并地点约12万光年的一个螺旋星系。在事件发生之前，它们曾经是两颗普通的大质量恒星，在它们的母星系螺旋星系中形成了一个双星系统。由于双星之间存在引力束缚，两颗恒星分别在两个不同的场合被发射到了一起：其中一颗恒星以超新星的形式爆炸，变成了一颗中子星，而另一颗恒星也紧随其后。在这种情况下，尽管发生了两次爆炸颠簸，这两颗中子星仍然是一个双星系统，并被踢出了它们的母星系。这对中子星穿越了大约相当于银河系直径的距离，几亿年后才合并在一起。由于太空望远镜和地面望远镜以互补的方式研究宇宙变化的机会越来越多，科学家们预计未来会发现更多的千新星，例如，虽然韦伯望远镜能比以往任何时候都更深入地窥视太空，但美国宇航局即将推出的南希-格雷斯-罗曼太空望远镜的非凡视场将使天文学家能够侦察这些爆炸发生的地点和频率。英国伯明翰大学本-贡佩兹（BenGompertz）是这项研究的合著者之一。他表示："随着我们观测次数的增加，模型也会随之改进，光谱也会随时间发生更多变化。韦伯无疑为我们做更多的事情打开了大门，它的能力将彻底改变我们对宇宙的认识。"这些发现已发表在《自然》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1392633.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1392633.htm

天文学家观察中子星暴力碰撞产生的千新星事件 揭开金和其他重元素的起源

天文学家观察中子星暴力碰撞产生的千新星事件揭开金和其他重元素的起源这幅艺术家的作品展示了两颗中子星碰撞产生的千新星。资料来源：NOIRLab/NSF/AURA/J.daSilva/Spaceengine在《欧洲物理杂志D》（TheEuropeanPhysicalJournalD）发表的一篇新论文中，耶拿亥姆霍兹研究所的博士后研究员安德烈-邦达列夫（AndreyBondarev）、罗马的博士后研究员詹姆斯-吉兰德斯（JamesGillanders）和他们的同事研究了千新星AT2017gfo的光谱，通过寻找其禁止跃迁引起的光谱特征，研究金属的起源。邦达列夫说："我们的研究已经证明，精确的原子数据，特别是对于许多元素都未知的禁用磁偶极子和电四极子跃迁的数据，对于千新星分析非常重要。通过使用线性化耦合簇和构型相互作用相结合的方法计算单电离锡中的大量能级和它们之间的多极跃迁速率，我们生成了一个原子数据集，可用于未来的天体物理分析。"研究小组的研究表明，单电离锡的基态双态电平之间的磁偶极转变导致了千新星发射光谱中一个突出的可观测特征。Gillanders解释说："尽管这与AT2017gfo光谱中的任何突出特征并不匹配，但它仍可用作未来千新星事件的探测器。能够确定的元素越多，我们就越接近于了解这些不可思议的宇宙爆炸"。研究小组指出，千新星事件只是最近才被观测到的现象，2017年才首次获得光谱观测结果。更好的原子数据如本研究提供的数据，对于更好地理解与中子星合并相关的爆炸碰撞至关重要。Gillanders总结说："我们希望我们的工作能以某种方式促进我们对宇宙中最重元素产生过程的理解。我们渴望发现新的千新星和相关的新观测数据，这将使我们能够加深对这些事件的理解。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1373091.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1373091.htm

天文学家观察灾难性的中子星合并 以了解宇宙中元素的起源

天文学家观察灾难性的中子星合并以了解宇宙中元素的起源尽管如此，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NanaeDomoto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。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：NanaeDomoto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"ATRUIII"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。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1334365.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1334365.htm

宇宙碰撞：大规模太空爆炸中锻造生命的必需要素

宇宙碰撞：大规模太空爆炸中锻造生命的必需要素科学家在中子星合并产生的伽马射线爆发GRB230307A中观察到了稀有化学元素。这一发现挑战了当前对伽马射线暴的理解，并提供了对宇宙元素组成的见解。天文学家观察到在有史以来第二亮的伽马射线爆发中稀有化学元素的产生，为重元素的形成方式提供了新的线索。研究人员观察了异常明亮的伽马射线暴GRB230307A，它是由中子星合并引起的。使用一系列地面和天基望远镜观测到这次爆炸，包括美国宇航局的詹姆斯·韦伯太空望远镜、费米伽马射线太空望远镜和尼尔·盖尔斯·斯威夫特天文台。由伯明翰大学专家组成的国际研究小组于10月25日在《自然》杂志上发表了他们的研究结果，透露他们在爆炸后发现了重化学元素碲。维持地球生命所需的其他元素，如碘和钍，也可能是爆炸（也称为千新星）喷射出的物质之一。千新星和宿主星系一组科学家使用NASA的詹姆斯·韦伯太空望远镜观察了异常明亮的伽马射线暴GRB230307A及其相关的千新星。千新星（由中子星与黑洞或另一中子星合并而产生的爆炸）极其罕见，因此很难观测到这些事件。韦伯的高灵敏度红外能力帮助科学家确定了产生千新星的两颗中子星的家庭地址。这张来自韦伯NIRCam（近红外相机）仪器的图像突出显示了GRB230307A的千新星及其前母星系以及其他星系和前景恒星的局部环境。中子星被踢出它们的母星系，行进了大约12万光年的距离，大约是银河系的直径，几亿年后最终合并。图片来源：NASA、ESA、CSA、STScI、AndrewLevan（IMAPP、Warw）该研究的合著者、伯明翰大学天文学助理教授BenGompertz博士解释道：“伽马射线暴来自以接近光速行进的强大射流，在这种情况下是由两个中子星之间的碰撞驱动的。”这些恒星花了数十亿年的时间相互螺旋运动，然后碰撞产生了我们今年三月观察到的伽马射线爆发。合并地点大约是它们所在星系外银河系的长度（约120,000光年），这意味着它们肯定是一起发射出去的。”冈珀茨解释说：“碰撞中子星提供了合成非常重元素所需的条件，这些新元素的放射性光芒为我们在爆炸消退时检测到的千新星提供了动力。千新星极其罕见，并且很难观察和研究，这就是为什么这一发现如此令人兴奋。”GRB230307A是迄今为止观测到的最亮的伽马射线暴之一，比整个银河系的总和还要亮一百万倍以上。这是中子星合并后第二次利用光谱观测检测到单个重元素，为了解这些生命所需的重要组成部分是如何形成的提供了宝贵的见解。该研究的主要作者、荷兰拉德堡德大学天体物理学教授安德鲁·莱万(AndrewLevan)表示：“距离德米特里·门捷列夫(DmitriMendeleev)写下元素周期表仅150多年，我们现在终于可以开始填补最后的空白了。多亏了詹姆斯·韦伯望远镜，我们才能了解一切事物是在哪里制造的。”了解伽马射线暴的持续时间GRB230307A持续了200秒，这意味着它被归类为长时间伽马射线爆发。这是不寻常的，因为持续时间不到两秒的短伽马射线暴更常见是由中子星合并引起的。像这样的长伽马射线爆发通常是由大质量恒星的爆炸性死亡引起的。研究人员现在正在寻求更多地了解这些中子星合并是如何进行的，以及它们如何为这些巨大的元素产生爆炸提供动力。该研究的合著者、伯明翰大学博士后研究员萨曼莎·奥茨博士（现为兰卡斯特大学讲师）表示：“就在几年前，像这样的发现是不可能的，但感谢詹姆斯·韦伯太空望远镜，我们可以观察到这些合并的精致细节。”冈珀茨博士总结道：“直到最近，我们还不认为合并能够为伽马射线爆发提供超过两秒的动力。我们的下一个工作是找到更多这样的长期合并，并更好地了解推动它们的因素，以及是否正在产生更重的元素。这一发现为我们对宇宙及其运作方式的变革性理解打开了大门。”...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1392473.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1392473.htm

天文学家分析中子星合并过程 揭开宇宙重元素诞生的原理

天文学家分析中子星合并过程揭开宇宙重元素诞生的原理这次大爆炸释放出了一个伽马射线暴--GRB230307A，是50年观测中第二亮的伽马射线暴，比一般的伽马射线暴亮1000倍左右。GRB230307A于2023年3月7日首次被美国宇航局的费米伽马射线太空望远镜探测到。科学家们利用多台太空和地面望远镜，包括美国国家航空航天局（NASA）的詹姆斯-韦伯太空望远镜（JamesWebbSpaceTelescope）--有史以来发射到太空的最大、最强大的望远镜--能够在天空中精确定位伽马射线暴的源头，并追踪其亮度的变化情况。根据收集到的信息，研究人员确定这次爆发是两颗中子星在距离地球10亿光年的星系中合并形成千新星的结果。研究人员观察到了碲的证据，碲是地球上最稀有的元素之一。这一突破性发现使天文学家离解开比铁更重的元素的起源之谜又近了一步。"我是一名高能天体物理学家。我喜欢爆炸。我喜欢爆炸产生的伽马射线。但我也是一个真正关心基本问题的天文学家，比如重元素是如何形成的，"哈特曼说。克莱姆森大学物理和天文学系教授迪特尔-哈特曼。资料来源：克莱姆森大学伽马射线暴（GRBs）是伽马射线光的爆发，是光中能量最高的一种，持续时间从几秒到几分钟不等。最早的伽玛射线暴是在20世纪60年代由用于监测核试验的卫星探测到的。全球红外探测器的成因各不相同。长持续时间的全球记录光暴发是由超新星引起的，超新星是指一颗大质量恒星到达其生命尽头并爆发出光的时刻。持续时间较短的古雷暴是由两颗中子星合并（称为千新星）或一颗中子星和一个黑洞合并产生的。虽然GRB230307A只持续了200秒，但科学家们看到余辉的颜色从蓝色变成了红色，这是千新星的特征。"爆发本身实际上表明这是一个持续时间很长的事件，它应该是一个正常的超新星类型。但它有不寻常的特征。它不太符合长爆发的模式，"哈特曼说。"事实证明，这个放射性云团，这个千新星余辉，其中有所有这些核合成指纹，是双星合并的特征。令人兴奋的是，我们利用韦伯望远镜识别出了一种化学指纹，我们原本以为这种指纹会出现在短爆发中，但却在长爆发中看到了它。"哈特曼说，宇宙大爆炸产生了氢和氦。所有其他元素都是由恒星和星际介质中的过程产生的。"有些恒星的质量大到足以爆炸，它们会把这些物质送回气态环境，然后再制造新的恒星。因此，宇宙中存在着一种循环，它使我们的碳、氮、氧以及我们所需的所有物质变得更加丰富，我们称恒星为宇宙的大锅。"热核反应或聚变使恒星闪闪发光，这导致了更多重元素的相继产生。他说，轮到铁的时候，就没有多少能量可以挤出来了。那么，金和铀等重元素从何而来？"重元素有着特殊的起源。主要有两个过程。一个叫做快速过程，另一个叫做慢速过程。哈特曼说："我们认为r过程发生在那些中子星合并中。"理论建模表明千新星当中应该产生碲，但詹姆斯-韦伯太空望远镜探测到的光谱线提供了实验证据。光谱线是连续光谱中的一条暗线或亮线。它是由原子或离子内部的跃迁产生的。哈特曼说："我们认为这是一个相当可靠的鉴定，但并不能够像法庭上所说的那样排除合理怀疑。"研究的详细结果见科学杂志《自然》上发表的题为"JWST观测到的紧凑天体合并中的重元素生成"的论文：https://www.nature.com/articles/s41586-023-06759-1编译自:ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1422941.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1422941.htm

研究表明宇宙裂变可能在重元素的形成过程中发挥了作用

研究表明宇宙裂变可能在重元素的形成过程中发挥了作用裂变模型发现了以前从未在恒星中直接观测到的核过程的清晰指纹。元素周期表中铁以上的元素被认为是在大爆炸中产生的，如两颗中子星合并或在罕见的超新星中。新的研究表明，裂变可能是宇宙中重元素产生的过程。研究人员梳理了存在于非常古老恒星中的各种元素的数据，发现了裂变的潜在特征，表明自然界很可能产生超出元素周期表中最重元素的超重原子核。洛斯阿拉莫斯国家实验室的理论物理学家、《科学》杂志上一篇介绍这项研究的论文的共同作者马修-芒鲍尔（MatthewMumpower）说："人们一直认为裂变发生在宇宙中，但到目前为止，还没有人能证明这一点。"Mumpower说，研究人员利用最新的观测结果发现，银等轻型精密金属与铕等稀土原子核之间存在关联。当其中一组元素上升时，另一组中的相应元素也会上升--这种相关性是正的。两颗中子星的合并是通过快速中子捕获过程合成元素周期表中较重元素的主要候选地点之一。图中显示的是两颗中子星碰撞释放出中子，放射性原子核迅速捕获这些中子。中子俘获和放射性衰变的结合随后产生了较重的元素。整个过程据信发生在一秒钟之内。资料来源：洛斯阿拉莫斯国家实验室（马修-蒙帕尔）"令人难以置信的"裂变证据Mumpower说："在不同的恒星中出现这种情况的唯一可能就是在重元素形成过程中存在一个一致的过程。研究小组测试了所有的可能性，而裂变是能够再现这一趋势的唯一解释。这是令人难以置信的深远意义，是宇宙中裂变运行的第一个证据，证实了我们几年前提出的理论。随着我们获得更多的观测数据，宇宙在说，嘿，这里有一个特征，它只能来自裂变。"研究还表明，原子质量（质子数加中子数）为260的元素可能存在，这比元素周期表中的高端元素更重。Mumpower开发了用于预测和指导观测发现的裂变模型，该模型由研究作者、北卡罗来纳州立大学的伊恩-罗德勒（IanRoederer）领导。长期以来，天体物理学家一直认为铁以外的重元素是在被称为超新星的恒星爆炸或两颗中子星合并时形成的。顾名思义，后者主要由中子组成，中子与质子共同构成所有原子的原子核。通过被称为"r过程"的快速中子俘获过程，原子核抓住中子形成更重的元素。至于有些原子会不会因为太重而无法保持在一起而分裂，或者裂变，形成两个较轻但仍然很重的元素原子（并释放出巨大的能量），半个世纪以来一直是个谜。在2020年的一篇论文中，Mumpower首次预测了r过程原子核的裂变碎片分布。随后，TRIUMF的合作者尼科尔-瓦什（NicoleVassh）领导的一项研究预测了轻型精密金属和稀土原子核的共同产生。钌、铑、钯和银等元素以及铕、钆、镝和钬等元素的共同产生，可以通过将预测与恒星集合中的元素丰度进行比较来检验。Roederer领导的新分析梳理了来自42颗恒星的观测数据，准确地发现了预测的相关性。这种模式提供了裂变产生这些元素的明显特征，以及元素周期表中稍重、稍高的元素的类似模式。"在我们拥有足够数据的r过程增强恒星中，这种相关性非常强大。每当大自然产生一个银原子时，它也会按比例产生更重的稀土原子核。这些元素群的组成是同步的，"Mumpower说。"我们已经证明，只有一种机制能对此负责--裂变，而人们从20世纪50年代起就一直在为此绞尽脑汁。"从"库存管理"到"星空""在洛斯阿拉莫斯，我们开发了核裂变模型，因为作为实验室任务的一部分，我们无法测量所有与武器研究相关的东西，"Mumpower说。"这些模型让物理学家能够解释实验，并在缺乏测量时填补数据。自1992年美国停止核武器试验以来，有关裂变的实验数据一直很有限。与测量数据相比，模型的表现非常出色，因此，在没有测量数据的情况下，模型的推断结果是可信的。研究重元素的形成需要短寿命和长寿命物种的核输入。裂变当量是将相对较重的原子分裂成较轻原子的过程的产物--与核武器和反应堆中使用的过程相同。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1403019.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1403019.htm