平均场论研究中子星构造论文

世界各地的天文台观察到发生在一对稠密的物体之间的高能碰撞，每一个物体都比太阳略大，但也仅仅一座城市那么大。一个相似的碰撞离我们很近可能导致太阳系产生一部分最重元素，并且科学家认为他们能知道发生时间。

（图为钚元素）

现在科学家认为这些二元中子星合并是宇宙中比铁重元素的重要来源。这些元素很稀有，但也是一类对人类极重要的元素。运用测量古代陨石中的残存物质，一组研究人员反向推导去定位其中一部分二元中子星合并的产生。

首先，研究人员出发去探讨他们所感兴趣是由中子星合并产生还是由超新星产生的主要为锔和钚的元素。超新星是恒星处于相对频繁的爆炸过程而出现的，然而根据发表在《自然》杂志上的论文看来，中子星只会在我们的银河系中经历很多次甚至百万年才能合并。这意味着，如果你回首过去，这些元素的丰度会到达尖峰如果他们是由中子星产生的，或者由超新星产生并保持了相对恒定。

锔和钚是放射性元素，并会衰变为更稳定元素。当最早的陨石形成时，他们捕获了部分衰变为更稳定的元素。这些陨石中衰变产物的相对丰度让科学家回溯并确定当初始元素形成时陨石的大概年龄。

当巴托斯和哥伦比亚大学教授萨尔博.克斯马尔卡对于之前从这些陨石上收集的数据进行计算，他们发现这些元素到达尖峰丰度的时间大概是太阳系形成的8000万年前，即我们现在所处的地方还只是一团气体和尘埃。这是推断出的单一事件，可能是中子星一千光年前合并产生在太阳系的最大份额的锔和预计三分之一的钚。这只占太阳系快过程元素总数的一小部分，但是“在银河的 历史 中有着许多中子星合并。”巴托斯说道。

（图为两颗中子星在太阳系附近碰撞）

这是一项很酷的研究。“‘这些元素’只是宇宙百分之一的一小部分，但是他们在很多方面都对我们很有用，”哥伦比亚大学教授及天文学家大卫.赫尔芬德这样告诉吉兹莫多，“仅仅知道他们来自哪里就能帮助我们在宇宙中体会多一点家的感觉。”

需要注意的是这些结果是基于间接测量建模的，而且我们对于中子星碰撞的知识和快过程仅来自于一次实验观测。虽然不太看可能，但也许另一种甚至更混乱的高能事件产生了这些元素。巴托斯对吉兹莫多说下一步是测量更多有着未知衰变的元素，创建更好的模拟，并且不可少的，去观察更多中子星碰撞。幸运的是，激光干涉引力波观测台和室女座引力波天文台都已升级并且开始删除来自碰撞黑洞的或者也许是更多的中子星的信号。

巴托斯很好奇这些结果是如何把这么多不同的领域结合起来的，从地球科学到天体物理再到化学。“在这项工作中，通过连接各领域，我们希望开始更大的努力来共同使用这些信息。”

相关知识

中子星（英语：neutron star），是恒星演化到末期，经由引力坍缩发生超新星爆炸之后，可能成为的少数终点之一。恒星在核心的氢、氦、碳等元素于核聚变反应中耗尽，当它们最终转变成铁元素时便无法从核聚变中获得能量。失去热辐射压力支撑的外围物质受重力牵引会急速向核心坠落，有可能导致外壳的动能转化为热能向外爆发产生超新星爆炸，或者根据恒星质量的不同，恒星的内部区域被压缩成白矮星、中子星或黑洞。

作者: Ryan F. Mandelbaum

FY: 濯古桓桓

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天文爱好者们可能还记得2017年10月，全球数十家天文机构联合发布探测到双中子星并合的重磅消息。这场 “宇宙烟花”不仅释放出引力波，更甩出重达300个地球的黄金，引发天上地下超过70台望远镜围观它的光芒。 这个故事还有下文。在壮丽的爆发之后207天，全球5大洲的32台望远镜再次组队观测“宇宙烟花”的余辉，其中3台来自中国，分别属于中国科学院上海天文台、云南天文台和新疆天文台。经过分析，科学家们确定双中子星并合后一股物质以光速级喷射而出，形成了相对论性喷流。相关论文近日发表在《科学》杂志上。 首先，让我们复盘一下那一场“宇宙烟花”。 相对论性喷流艺术想象图 远在亿光年的一个星系中，一对中子星围绕共同的中心旋转。 当一个恒星走向寿命尽头，经由引力坍缩发生超新星爆炸，根据质量的不同，内核可能被压缩成白矮星、中子星或黑洞。中子星几乎完全由中子构成，是目前已知的最小、致密的恒星。 中子星的半径普遍在10公里左右，质量却可超过两个太阳。一茶匙中子星物质就重达10亿吨。 双星共舞的过程中会不断释放引力波，导致系统的能量降低，轨道缩小，并最终撞在一起，发生并合。这就是美国激光干涉引力波天文台LIGO在2017年8月17日接受到的一段持续了100秒的信号。 不过，双中子星并合后究竟会产生什么，科学家目前所知的仍只有冰山一角。 全球共有70个地面及空间望远镜闻风而动，组成了一道蔚然壮观的风景线。中国南极巡天望远镜和中国第一颗空间X射线天文卫星——“慧眼”HXMT望远镜也参与集中。 引力波信号首秀后2秒，一个持续时间很短的伽玛暴紧接着登场，这对应着中子星并合过程中的千新星现象，抛射出大量金、铂等重元素。这些重元素中的放射性元素发生衰变、裂变，爆发的亮度是典型新星的一千倍左右。 11小时后 从紫外线到近红外波段的电磁波信号锁定目标位于NGC4993星系； 9天后，X射线信号出现；16天后，无线电信号被成功捕获。此时，“宇宙烟花”已经进行到余辉的阶段。 这些电磁波信号持续增强，直到150天后才开始减弱。余辉的持久，让科学家们好奇这些光芒来自于怎样的物质形态。 学术界有两种主流猜测，一是各向同性火球，二是相对论性喷流，分别对应着“作茧自缚”和高速冲破两种形式。 喷流冲破中子星并合甩出的物质 在“作茧自缚”的情境中，喷流被周围的喷射产物所困，形成一个高热高压的空间而逐渐膨胀。此时，科学家们会在较宽的角度范围内探测到能量，运动的速度也较慢。 2018年3月12日至13日，全球5大洲的32台望远镜对余辉进行了观测，中心频段集中在吉赫兹左右。 全球5大洲的32台望远镜对余辉进行了观测 由意大利国家天文研究所主导的研究结果显示，喷流的位移较远，角度小于毫角秒（一毫角秒为360万分之一度），由此可以排除火球，确定为强度非常高的等离子体喷流。 这种喷流的长度可达数千乃至数十万光年，是已知的速度最快的天体之一，此前一项观测显示相对论性喷流的速度达到了光速的23%。 该研究团队通过计算分析，认为大约有10%的中子星并合会产生相对论性喷流。