科学家发现促进太阳系形成的中子星碰撞事件

作者：Nola Taylor Redd 来源：中国数字科技馆

艺术家对即将碰撞的中子星的想象。图片来源:NASA and Goddard Space Flight Center

天文学家们正在搜寻中子星碰撞的残留物质，正是这次碰撞赋予了地球贵金属。

当中子星合并的时候，它们会向周围的环境喷射出大量存留时间短的元素，而这些原材料成了日后形成的太阳系的一部分。现在科学家正试图通过追踪那些衰变的原料产生的元素，来深入了解播撒下太阳系形成种子的合并事件。基于他们的工作，科学家相信促进太阳系形成的合并事件于1亿年前，在距离太阳系诞生地1000光年的地方发生。

“那距离并不远。”该项目的首席科学家Szabolcs Marka 向http://Space.com说道，Marka是一位来自哥伦比亚大学的物理学家。“如果你仰望天空，并发现距离1000光年的地方有中子星在合并，那将会照亮整个夜空。”

Marka 和 他的 同事 Imre Bartos，一位来自佛罗里达大学的天体物理学家，用太阳系创生之初的陨石追踪这次合并。他们分析了陨石中的同位素——同种元素的原子具有不同的中子数。

首先，研究者们计算出了太阳系早期的放射性同位素的数量。然后，他们把结果和中子星合并而产生的同位素的数量进行了对比。Marka在1月于夏威夷檀香山举办的美国天文学会冬季会议上展示了他们的研究结果。

宇宙中如金、铂、钚等重元素形成于中子轰击现存原子的时候。在这样的碰撞中，一个中性的中子能释放出一个负电子，形成一个带正电的质子并改变原子的身份。

这个被称为“快速中子捕捉”的过程仅发生于最强力的爆炸中，如超新星爆发和中子星合并。但是科学家对哪一种极端事件创造了宇宙中大部分的重元素仍莫衷一是。

于是Marka和 Bartos试图利用古代陨石了解到底哪一种事件播撒下了早期太阳系形成的种子。封存于那些来自早期太阳系陨石中的是一次爆炸中喷射出来的物质。虽然那些最初喷射出的元素是放射性的并迅速衰变，但它们会留下过去存在的“指纹”。

同时，随着激光干涉引力波天文台（LIGO）开始发现潜在的中子星合并事件，科学家也着手利用该天文台的观测，以帮助确定在“附近”的合并事件中形成的物质最有可能的贡献者。Marka称这些进入太阳系后缓慢衰变的物质为“女巫在银河系中烹调的魔法汤”。

之前的研究估计银河系中超新星爆发大概每50年发生一次。LIGO的新观测结果表明中子星合并事件发生的频率要低得多，大概每十万年一次。太阳系中重元素的数量表明它们来自一次发生于“附近”的中子星合并事件，因为超新星爆发会产生更多的物质。

基于此，他们二人用不同的同位素来确定发生在太阳系“附近”的中子星合并事件具体发生于何时何地。

“每种同位素都是在爆炸时开始计时的停表。”Marka说道。通过研究当物质被地球捕获时，每种同位素的残留量，他成功估计了往太阳系喷射物质的中子星合并事件发生的时间。“只有一个时间点与所有证据吻合。”他说道。那大概是太阳系形成前1亿年，这在天文学时间尺度上不过是一眨眼的功夫。基于有多少物质进入了太阳系，该团队也计算出了合并事件发生在距离1000光年的地方。

而团队无法确定的是，这些重元素到底是从哪个方向进入日后形成太阳系的“邻近地区”。这项发现理论上将让科学家可以确定碰撞遗迹的位置。但问题在于太阳在自其诞生以来的45亿年间并不是保持静止的，它一直在银河系中移动。而它沿途把同一个星系团中在它附近形成的恒星甩在身后，科学家搜索了很长时间企图找到这些恒星却没能取得进展。Marka希望，在未来，天文学家可以找到那些姊妹恒星和形成太阳系的中子星合并事件的遗迹。

在Marka看来，新发现是巨大的进展。“大家甚至哭了起来。”他说道（他指的是其团队的成员）。

他说，他认为产生强烈的情感是因为这个中子星合并事件并不只是发生在外太空的某一个事件，而是促成人类形成的重要事件，它创造了组成每一个人的元素。

“这并不是无关紧要的某个事件，这是关于我们的。”Marka说道，“是属于太阳系的‘我们’的。”