中子星合并曾是宇宙的金矿,中子星与黑洞合并的比较


中子星合并曾是宇宙的金矿,中子星与黑洞合并的比较
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我们的身体、周围的物体、构成地球的物质都是由元素构成的 。 而且 , 那个元素的起源是宇宙 。
到铁为止的轻的元素几乎都是在恒星的中心形成的 。 由于恒星内部的高温 , 促进核融合 , 逐渐形成重元素 。 但是 , 含有金、白金等贵金属的重金属(重元素)是在宇宙的什么地方?如何形成的?至今仍是一个谜 。
恒星发生核融合的时候 , 为了融合质子形成重元素需要能量 。 恒星高效地生产从氢到铁的轻元素 。 但是 , 如果质子数超过26个(超过铁) , 能量效率就会变差 。 也就是说 , 如果想要制造像金或铂这样的重元素 , 就需要另一种结合质子的方法 。
中子星合并曾是宇宙的金矿,中子星与黑洞合并的比较
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到目前为止 , 科学家们认为超新星爆炸可能会成为答案 。 巨大的恒星因超新星爆炸而崩溃时 , 其中心的铁元素会与较轻的元素结合 , 生成较重的元素 。
但是 , 2017年 , 位于美国和意大利的引力波观测站LIGO和Virgo首次探测到双星中子星并合的可能性 , 并得到了确认 。 那个合体放出了闪光 , 闪光中含有重金属的信号 。
合并产生的金的量相当于地球质量的数倍 。 与超新星爆炸相比 , 在重元素的生成方面 , 双星中子星的效率更高 。
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但是 , 与中子星和黑洞的碰撞相比 , 中子星的合并会怎么样呢?中子星和黑洞的碰撞 , 是LIGO和Virgo检测到的另一种类型的合并 , 可能会成为重金属的“工厂” 。 在黑洞完全吞噬中子星之前 , 黑洞可能会让中子星崩溃并喷出重金属 。
麻省理工学院(MIT:MassachuusettsInstituteofTechnology)和新罕布什尔大学(UniversityofNewHampshire)的研究人员进行了新的研究 , 根据过去25亿年间 , 中子星和黑洞的合体研究 , 由于两颗中子星的碰撞——出现了双星中子星的合体 , 产生了更多的重金属 。
研究小组决定调查各个类型的合体所产生的金和其他重金属的量 。 分析的对象是LIGO和Virgo迄今为止探测到的两颗双星中子星的并合 , 以及两颗中子星和黑洞的并合 。
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研究人员首先推测了各个合并中所包含的各个天体的质量和黑洞的旋转速度 。 如果黑洞的质量过大或旋转速度过慢 , 中子星就会在形成重元素之前被吞噬 。 此外 , 研究了中子星的抗破坏能力 。 抵抗力越强 , 产生重元素的可能性就越低 。 并且 , 根据LIGO和Virgo等的观测结果 , 推断出一个合并与另一个合并相比发生的频率 。
最后 , 研究团队利用数值模拟 , 在改变天体的质量、旋转、破坏程度、发生率等组合的情况下 , 计算出各个合并所产生的金和其他重金属的平均量 。
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与中子星和黑洞的合并相比 , 中子星和黑洞的合并平均会产生2~100倍的重金属 。 据推测 , 作为此次分析对象的4次合并事件是在过去25亿年内发生的 。 也就是说 , 至少在这一期间 , 我们可以得出结论 , 比起中子星和黑洞的碰撞 , 双星中子星的合并会产生更多的重元素 。
今后 , 如果LIGO和Virgo再次进行观测 , 将会进行更多的检测 , 从而提高对各合并过程中产生重元素比例的估计 。 这样一来 , 我们就可以根据星系中各种元素的含量来推测遥远星系的年龄了 。
中子星合并曾是宇宙的金矿,中子星与黑洞合并的比较】宇宙的“金矿” , 作为新的天文知识的“开采场”也被科学家们期待着新的发现 。