世界不思議

雙中子星碰撞引發之千新星爆炸,呈現完美球形輪廓


2 顆中子星合併會迸出富含重元素火球的千新星爆炸,而千新星幾何形狀由超緻密物質特性與塌縮成黑洞的能量學決定。最近天文學家分析歷史性 GW170817 重力波事件時,發現這 2 顆中子星在碰撞後不久(坍塌成黑洞前),竟引發完美的球形爆炸輪廓。

GW170817 事件為人類首次發現雙中子星合併引發之重力波,2 顆中子星主角在 NGC 4993 星系中互繞了數十億年,越來越靠近彼此最終高速碰撞並引發爆炸,天文學家從這場事件首次確認與雙中子星合併的 3 個相關結果:千新星(kilonova)起源、重金屬(如金、鉑)來源、伽瑪射線暴起源。

在持續分析 GW170817 事件後,哥本哈根大學尼爾斯·波耳研究所團隊現在首次描述雙中子星合併引發的千新星爆炸輪廓——一個完美球形,無論以美學角度還是形狀物理意義來看,它都是美麗的。

千新星的存在於 1974 年被提出,2013 年得到證實,但直到 2017 年 GW170817 事件開始深入研究後,我們才逐漸知道它爆炸的樣子。從美學上講,千新星發出的顏色看起來像太陽,只是表面積比太陽大了幾億倍;從物理上講,這種球形爆炸出自合併核心的非凡物理學。

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當 2 顆中子星在坍縮前每秒繞彼此旋轉 100 次,無倫模型還是直覺,都會認為碰撞產生的爆炸雲具有扁平且相當不對稱的形狀,然而分析卻表明爆炸形成意想不到的圓形,團隊認為可能有大量能量從爆炸中心噴出。

針對這種令人費解的爆炸形狀,研究人員 Darach Watson 提出一個可能原因,當超大質量中子星坍縮成黑洞並釋出巨大磁場能量時,會產生「磁彈」導致爆炸中的物質呈球形分佈。

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此外,科學家也在千新星噴射物質中明確檢測到鍶(重元素中較輕的元素),可能表明雙中子星碰撞形成超大質量中子星的幾毫秒內,除了釋放強大能量,可能也包含大量微中子,後者可使中子轉化為質子和電子,整體上幫助產生更輕的元素。

整個過程可能不止一種機制發揮作用,團隊希望未來能收集更多中子星碰撞數據來揭開當中秘密。新論文發表在《自然》(Nature)期刊。

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