由灾难性的宇宙碰撞形成的重元素

据天体物理学家称，今年8月，当引力波探测器开始在欧洲和美国探测时，就好像“一个闪烁的霓虹灯招牌上写着‘密切关注’”天空中的一个小点被点亮了科尔米勒美国马里兰大学帕克分校教授。几个小时内，天文学家发现了一个新的快速衰减的光源，后来被确定为有史以来第一次观测到的中子星合并。在随后的几天和几周内观测到的电磁辐射现在为宇宙重元素的形成提供了新的见解。

恒星不能通过核聚变产生比铁更重的原子核。在宇宙中发现的重原子核中，大约有一半被认为来自于快速的r过程。该理论认为，大量中子照射较轻的元素，产生富含中子、不稳定的原子核，这些原子核在衰变之前，会吸收更多的中子，从而形成更多的富含中子的原子核。然后这些核会发生β衰变，在这个过程中中子变成质子，形成稳定的重核。

然而，这究竟是如何发生的，仍然是一个谜。研究人员曾假设，唯一能提供所需中子洪流的环境是超新星。然而，最近的模型表明，两颗中子星或一颗中子星和一个黑洞的合并可以产生部分或全部的r过程核。中子星碰撞的各种模型已经被创造出来，但没有任何观测，很难知道哪个是正确的。

模型预测，中子星合并后，物质立即被高速抛入太空。质子和中子在几秒钟内聚集在一起，随后形成原子，但产生的许多原子核是不稳定的，产生大量的放射性衰变，使混合物保持温暖数周。这就解释了在地球上探测到的双子星并合所产生的电磁辐射的热辉光。

重量级人物的诞生

在探测到合并后的几天里，强烈的电磁信号在可见波长达到峰值。这个信号很快就消失了。世界各地的研究小组一致认为，这与中子数量略多于质子的物质凝结成较轻的r过程元素的模型相符。Stephen Smartt贝尔法斯特皇后大学的教授和他的同事们声称，他们已经在这种早期光线中发现了光r过程元素铯和碲的光学跃迁。¹由于这种材料相对透明，光子很快就会逃逸到太空中。

辐射峰值随后转移到红外。随着膨胀的物质冷却，这是可以预料的，但几个研究小组得出结论，这种红外辐射——在事件发生后两周观察到的——只能用更重的原子核(如镧系元素)的产生来解释。由于这些原子具有复杂的电子结构和大量的电子跃迁，它们更容易吸收光子。因此，在物质密度降低、温度降低之前，辐射不会逸出，这就解释了波长较长的辐射。

丹尼尔Kasen加州大学伯克利分校(University of California, Berkeley)的教授和他的同事还声称，他们已经确定了与镧系元素(如钕)有关的光谱线。²“我认为决定性的证据不仅仅是颜色和光度的演变，更清晰的证据是红外光谱，”团队成员说布莱恩Metzger他在2014年预测，喷射物质的不同部分含有不同比例的中子，因此会合成不同的原子核。^3.然而，斯马特对此表示怀疑。他说:“我们不清楚在后来的数据中是否有一个完整而明确的重r过程元素的信号。”

天文急转弯

米勒没有参与最近的任何一篇论文，他同意梅茨格的观点。他说:“到目前为止，已经收集了更多的数据，随着时间的推移，从蓝色到红色的褪色是相当明确的，只有当你的组件有更重的元素和更高的不透明度时才能真正解释这种现象。”

然而，所有的研究人员都同意，不管在这次合并中合成了哪些元素，r过程元素的起源远未确定。米勒说:“目前，在90%的可信水平上，每体积双中子星并合率有近20个不确定性因素。”此外，我们不知道这一单一事件是典型的还是某种异常值。这是一个预告片。斯马特表示同意。他说:“当我们对这些速率有了更好的估计时，我们就能仔细地进行计算，并得出结论，要么是(中子星合并)创造了所有的重元素，要么是它们是一个贡献，还有另一个渠道，比如超新星，可能会产生它们。”