如何確定發生在數百萬甚至數十億光年之外的巨大碰撞？首先，通過對大面積的天空進行調查。第二，通過與世界各地的觀測站合作。科學家們一直在尋找千新星（Kilonovae），這是宇宙中上演的短暫但奇妙的燈光秀，是由兩顆中子星或一顆中子星和一個黑洞相撞時引發的。這樣的碰撞會引起巨大的爆發，發出明亮的光層和時空的漣漪。

在整個宇宙中，有多少像這樣的輝煌噴發？我們還不知道。到目前為止，只有少數幾個千新星被探測到。美國宇航局即將推出的南希·格雷斯·羅曼太空望遠鏡將每隔幾天對天空中的相同區域進行勘測，這將有助於研究人員跟進探測，甚至準確定位千新星的。理想情況下，這將掀起一場關於這一神秘的宇宙現象的新信息的”淘金熱”。

羅曼太空望遠鏡是美國宇航局的一個觀測站，旨在揭開暗能量和暗物質的秘密，搜索和成像系外行星，並探索紅外天體物理學的許多課題。資料來源：美國國家航空航天局

羅曼望遠鏡如何掃描引人注目的爆炸

當密度最大、質量最大的恆星–也是超級小的恆星–相互碰撞或與黑洞碰撞時會發生什麼？它們會發出燦爛的爆炸，被稱為千新星。可以把這些事件看作是宇宙的天然煙火。理論家們懷疑它們會定期出現在整個宇宙中，無論是近處還是遠處。科學家們很快就會有一個額外的觀測站來幫助跟踪甚至偵察這些非凡的事件。美國宇航局的南希-格雷斯-羅曼太空望遠鏡，它預計將於2027年5月發射。

在千新星中，關鍵的角色是中子星，即在超新星爆炸過程中在重力作用下坍縮的恆星的中心核心。它們每個都有類似於太陽的質量，但直徑只有大約6英里（10公里），它們的密度大得驚人。當它們碰撞時，它們發出的碎片以接近光速的速度移動。這些爆炸也被認為可以鍛造重元素，如金、鉑和鍶（這使得實際產生的”煙花”具有驚人的紅色）。這些元素射向太空，有可能使它們最終進入形成地球等陸地行星地殼的岩石中。

美國宇航局的羅曼太空望遠鏡將如何探測千新星？部分優勢是由於該望遠鏡的寬闊視野。羅曼的視野比哈勃太空望遠鏡的紅外視野大200倍。一旦羅曼在發射後開始定期觀測天空，計劃在2027年之前，研究人員期望能夠識別更多的這些壯觀的事件，包括附近和非常遙遠的地方。儘管我們還不知道這些事件的發生率，但當Roman的數據湧入時，我們將開始了解這些合併的頻率–以及結果如何。資料來源：NASA，Alyssa Pagan (STSCI)

天文界在2017年捕捉到了這些非凡的千新星事件中的一個。美國國家科學基金會激光干涉儀引力波觀測站（LIGO）的科學家們首先用引力波–時空的漣漪–探測到了兩顆中子星的碰撞。幾乎同時，美國宇航局的費米伽馬射線太空望遠鏡探測到了高能光。美國宇航局迅速轉向，用更廣泛的望遠鏡群來觀察這一事件，並在一系列圖像中捕捉到了爆炸後不斷擴大的碎片所發出的消逝的光芒。

但是這個例子中的參與者實際上是在我們的”後院”相撞的，至少在天文方面是這樣。它們只在1.3億光年之外。一定有更多的千新星–以及許多更遠的千新星–點綴在我們不斷活動的宇宙中。

北卡羅來納州達勒姆的杜克大學物理學助理教授丹尼爾-M-斯科爾尼奇說：”我們還不知道這些事件的速率。Scolnic領導的一項研究估計了過去、現在和未來包括Roman在內的觀測站可能發現的千禧年新星的數量。我們確定的單顆千里眼是典型的嗎？這些爆炸的亮度如何？它們發生在什麼類型的星系中？現有的望遠鏡不能覆蓋足夠廣泛的區域，也不能深入觀察，以發現更多的遙遠的例子，但這將隨著羅曼的出現而改變。”

發現更多、更遙遠的千新星

在這個階段，LIGO在識別中子星合併方面處於領先地位。它可以探測到天空中所有區域的引力波，但一些最遙遠的碰撞可能太弱而無法被識別。羅曼將加入LIGO的搜索，提供互補性，幫助”填充”發現團隊。羅曼是一種巡天望遠鏡，它將反复掃描天空的相同區域。此外，Roman的視野比哈勃太空望遠鏡的紅外視野大200倍–雖然沒有LIGO那麼大，但對於一個拍攝圖像的望遠鏡來說是巨大的，它的節奏將使研究人員能夠發現天空中的物體何時變亮或變暗，無論是在附近還是非常遙遠的地方。

羅曼將為研究人員提供一個強大的工具來觀察極遠的千新星。這是由於空間的擴張。數十億年前離開恆星的光線隨著時間的推移被拉伸成更長、更紅的波長，也就是所謂的紅外光。由於羅曼擅長捕捉近紅外光，它將探測到來自非常遙遠的物體的光。它們有多遠？位於新墨西哥州洛斯阿拉莫斯的洛斯阿拉莫斯國家實驗室的博士後研究員Eve Chase解釋說：”Roman將能夠看到一些千新星，其光線經過了大約70億年才到達地球。Chase領導了一項最近的研究，該研究模擬了千新星拋射物的差異會如何改變我們從包括羅曼在內的天文台觀察到的情況。”

近紅外光還有一個好處：它提供了更多的時間來觀察這些短命的爆發。較短波長的光，如紫外線和可見光在一兩天內就會從視野中消失。近紅外光可以收集一個星期或更長時間。研究人員一直在模擬數據，看看這將如何運作。”對於模擬的千新星的一個子集，羅曼將能夠在中子星合併發生後的兩個多星期內觀測到一些，”Chase補充說。”它將是觀察非常遙遠的千新星的絕佳工具。”

很快，研究人員就會知道更多關於千新星發生的地點，以及這些爆炸在宇宙歷史上發生的頻率。那些更早發生的是否在某些方面有所不同？Scolnic說：”Roman將使天文學界開始進行群體研究，同時對這些爆炸的物理學進行一系列新的分析。”

巡天望遠鏡提供了巨大的可能性–同時也提供了大量的數據，需要精確的機器學習。天文學家們正在通過編寫代碼來應對這一挑戰，使這些搜索自動化。最終，羅曼的海量數據集將幫助研究人員揭開也許是迄今為止關於千新星的最大謎團：兩顆中子星碰撞後會發生什麼？它是產生一顆中子星、一個黑洞，還是其他完全不同的東西？有了羅曼，我們將收集研究人員需要的統計數據，以取得實質性的突破。