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科技实时动态:中子星碰撞似乎对我们的化学起源故事至关重要

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当2017年LIGO实验探测到来自两颗中子星碰撞的引力波时,它会在宇宙和天文界发出电磁和引力波动。这个引人注目但却从未见过的非凡事件,不仅仅给了我们一些关于恒星死亡的新数据点 - 它从根本上改变了我们对我们和我们的组成原子来自何处的理解。

你之前可能听说过“我们是星尘”。这没错。但这也不是整个故事。

从根本上说,一颗恒星是炼金术机器。它起初是一个主要是氢气的巨大球体,在其自身重力的压力下慢慢压碎其中心区域。恒星的核心最终变得如此热和密集,它变成了一个核反应堆,将氢气融合成氦气。

在我们自己的太阳的核心,这个过程每秒将数亿吨的氢转化为氦; 我们收到的阳光基本上只是来自反应的废热。

绝大多数恒星都是如此度过的生活:稳定地将自己燃烧起来,将氢转化为氦气达数十亿年。在他们最后的死亡痛苦中,当他们成为准备驱逐他们的外层的红巨星时,融合突然爆发,制造锂,碳和氮,以及一些较重的元素。

但是,为了填补周期表的其余部分,我们需要比我们自己更大的恒星。一颗恒星的质量超过太阳的八倍,其中心是一个燃烧难以想象的热炉的核炉。

它撕裂了核心中氢的供应,它爬上了元素列表,燃烧氦,碳,氖,氧和硅,直到几百万年后,恒星的中心是铁和聚变辐射一直吹着这颗星终于耗尽了。

在那一刻,没有任何东西可以阻止恒星自身崩溃,从而导致一场壮观的超新星爆炸。最后,在碎片场的中心将是超密集的中子星或黑洞。

正是这最后的爆炸本身,而不是内部燃烧,创造了明星的最终化学遗产。短暂的一瞬间,一股冲击波在恒星层中爆炸,产生的热量和压力如此强烈,以至于核聚变的爆炸前缘将新元素的放射性外壳带入星际空间。

宇宙中种有星尘,准备合并成新的恒星,新的行星,新的生命。多年来,人们认为这些恒星死亡是宇宙富含金属和其他重元素的主要机制。

但有证据表明,对于像金,铂和铀这样的重金属来说,超新星只是一个开端。它是一颗微小,密集的中子星,在其中携带着爆发周期表其余部分的潜力。

这让我们回到LIGO检测。当信号第一次出现时,世界各地的天文学家都在天空的同一部分训练他们的望远镜。由此产生的观察结果显示,在短暂的闪光中有一个明显的迹象,即恒星产生了足够多的金,超过地球数倍。

中子星碰撞似乎对我们的化学起源故事至关重要。我们生来就是在我们自己之前的恒星世代中难以想象的暴力。但故事还有更多内容。

我们体内的大多数原子根本不是来自恒星。事实上,它们更为古老。如果计算体内所有原子的数量,超过60%将是氢,并且宇宙中的大部分氢从未成为恒星。

氢,或者特别是后来与电子结合形成中性氢原子的质子,是在大爆炸本身的原始火焰中产生的。

在宇宙的最初时刻,空间的每个部分都充满了一种核前等离子体,其热度甚至比最大质量恒星的中心还要密集。

随着这场火的扩散和冷却,原子核的构建块质子和中子首先应运而生。

氢以孤立质子的形式出现,同时还有少量的氦和锂。这些原子核自那些第一时刻以来一直持续了138亿年,在恒星和最终我们之间聚集在一起。

所以,是的,你是星尘。但你也是宇宙大爆炸的灰烬:古老的原子炼金术通过无情的重力和时间流动汇集在一起​​。

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