天文學家首次檢測到中子星碰撞產生了重元素

歐洲南方天文臺的科學家在兩個中子星合併之後，有史以來第一次在太空中發現了重元素鍶。

2017年，歐洲南方天文臺的“鐳射干涉儀引力波望遠鏡”（LIGO）和歐洲"室女座干涉儀望遠鏡"（VIRGO）檢測到了兩個中子星合併產生的引力波。該合併事件名為GW170817，距星系NGC 4993大約1.3億光年。

天文學家推測，如果在中子星碰撞中確實形成了更重的元素，這些元素的特徵就會在新星爆炸後的核爆炸中被發現。在GW170817合併之後，歐洲南方天文臺的望遠鏡開始監視各種波長範圍內正在出現的“千新星爆炸”。科學家拍攝了從紫外線到近紅外的一系列光譜，對這些光譜的初步分析表明，在千新星中存在重元素，但是，直到現在天文學家才查明單個元素。

千新星是一類發生於雙緻密天體併合過程中的暫現天文事件。由於在併合過程中產生各向同性的物質拋射和重的R-過程元素的放射性衰變，千新星被認為可以發出短伽瑪射線暴和強電磁輻射。

紅色圓圈處為NGC 4993星系的位置

研究的主要作者丹麥哥本哈根大學達拉赫·沃森（Darach Watson）助理教授在《自然》科學期刊上撰文表示：“通過重新分析合併後的2017年資料，我們現在確定了一個重元素鍶的特徵，它證明中子星的碰撞在宇宙中造就了這一元素。”在地球上，鍶自然存在於土壤中，並集中在某些礦物質中。它被用來給煙火發出豔麗的紅色。

從1950年代以來，天文學家就知道產生這些元素的物理過程。沃森說：“這是長達數十年的追逐行動，目的是確定元素的來源。我們現在知道，產生元素的過程主要發生在普通恆星，超新星爆炸或舊恆星的外層。但是，直到現在，我們還不知道最終的，未被發現的過程（稱為快速中子捕獲）的位置，該過程在元素週期表中產生了更重的元素。”

快速中子捕獲是一個過程，其中原子核足夠快地捕獲中子以允許產生非常重的元素。儘管許多元素是在恆星的核心中產生的，但要製造出比鐵重的元素（例如鍶），則需要更高溫的環境，其中需要大量的中子。快速中子捕獲僅在原子被大量中子轟擊的極端環境中自然發生。

德國馬克斯·普朗克天文學研究所的卡米拉·朱爾（Camilla Juul）表示：“這是我們首次將通過中子俘獲形成的新創造的物質與中子星合併直接聯絡起來，這證實了中子星是由中子構成的，並且將長期爭論不休的快速中子俘獲過程與這種合併聯絡在一起。”

由於對其爆炸所產生的光譜中的這些新現象和其他複雜性的了解有限，科學家們才剛剛開始了解中子星合併和千新星。