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詹姆斯·韦伯望远镜发现了极其罕见的宇宙爆炸,这可能会揭示宇宙中最重元素的起源

  

  

  詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)利用令人难以置信的明亮伽马射线作为向导,在恒星与尸体碰撞的地点附近探测到重元素碲。这一发现使科学家们更接近了解宇宙中最重元素的来源。

  虽然科学家们知道,比铁轻的元素可以在大质量恒星的中心形成,但即使是质量最大的恒星也无法在其核心产生足够的高温和密度,以形成金、铂或碲等较重的元素。

  当恒星无法再进行核聚变并在自身引力下坍缩时,中子星就产生了,产生的物质密度如此之大,一茶匙的物质重达1000万吨(900万公吨)。当中子星碰撞时,这种密度极高的物质被喷射到它们周围的环境中。这种物质富含自由中子,可以被原子捕获,产生不稳定的原子,最终衰变成具有大量质子和中子的元素——元素周期表中较重的元素。这些元素的衰变也会释放出一种电磁辐射爆炸,天文学家将其视为一种明亮的爆炸,称为千新星。

  “在寻找最重元素的过程中,千新星是主要的嫌疑人,”丹麦尼尔斯玻尔研究所宇宙黎明中心的副教授达拉赫·沃森告诉《生活科学》杂志。

  然而,这一过程的“确凿证据”尚未被发现,部分原因是千新星极其罕见。JWST的这一发现使研究人员向证据迈出了诱人的一步。

  沃森说:“在之前的一组关于千新星的数据中,我们发现了锶和钇的证据。”“但它们相对较轻,大约有85到90个质子和中子。”

  沃森与人合著了一篇论文,详细介绍了10月25日发表在《自然》杂志上的研究结果,他解释说,碲有128个质子和中子,使科学家更接近真正的重元素,并确定中子星合并是重元素产生的地点。

  沃森说:“我们希望找到更接近最重元素的元素,比如铀,它有大约235个质子和中子。”“从90到240还有很长的路要走。

  为了迈出这重要的一步,并首次探测到中子星合并周围的单一元素,JWST使用了伽马射线暴GRB 230307A,这是费米伽马射线太空望远镜在2023年3月首次探测到的。这次发射比费米通常发现的伽马射线暴亮1000倍左右,持续了200秒,似乎来自中子星碰撞,这是不寻常的,因为这些事件通常会产生持续时间更短的伽马射线暴。

  利用一系列地面和太空望远镜,科学家们在天空中探测到了GRB 230307A的粗略来源。通过对伽玛射线、x射线、光学、红外和无线电波频率的观测表明,该源具有千新星爆炸的特征。

  在爆炸的后期,随着千新星光进入红外线,从地球上无法观测到它,但对于JWST的高灵敏度红外探测器来说,它是一个极好的目标。

  除了发现碲的泄露外,JWST还在距离死亡恒星可能起源的千新星12万光年的地方确定了一个螺旋星系。研究小组怀疑,参与合并形成千新星的中子星是作为一对双星从这个星系喷射出来的,在最终旋转并合并之前,它们一起移动了相当于银河系宽度的距离。

  沃森认为,如果没有JWST,在中子星合并周围探测到这种重元素是不可能的。JWST是人类有史以来投入太空的最强大的望远镜。

  他说:“没有别的东西能接近JWST!”“JWST的灵敏度非常惊人,在这些波长下,它是完全无与伦比的。我的意思是,我们原则上知道它能做什么,但我认为每个人都没有做好准备。”

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