突破性發現讓天文學家離解開比鐵重的元素的起源之謎更近了一步。包括克萊姆森大學天文物理學家迪特爾-哈特曼（Dieter Hartmann）在內的一個國際天文學家小組獲得了觀測證據，證明在兩顆中子星合併引發的大爆炸之後產生了稀有重元素。

這次大爆炸釋放出了一個伽馬射線暴–GRB230307A，是50年觀測中第二亮的伽馬射線暴，比一般的伽馬射線暴亮1000倍左右。GRB230307A於2023年3月7日首次被美國太空總署的費米伽瑪射線太空望遠鏡偵測到。

科學家利用多台太空和地面望遠鏡，包括美國國家航空暨太空總署（NASA）的詹姆斯-韋伯太空望遠鏡（James Webb Space Telescope）–有史以來發射到太空的最大、最強大的望遠鏡–能夠在天空中精確定位伽瑪射線暴的源頭，並追蹤其亮度的變化。

根據收集到的信息，研究人員確定這次爆發是兩顆中子星在距離地球10 億光年的星系中合併形成千新星的結果。研究人員觀察到了碲的證據，碲是地球上最稀有的元素之一。

這項突破性發現使天文學家離解開比鐵更重的元素的起源之謎又更近了一步。

「我是高能天文物理學家。我喜歡爆炸。我喜歡爆炸產生的伽馬射線。但我也是一個真正關心基本問題的天文學家，例如重元素是如何形成的，」哈特曼說。

克萊姆森大學物理與天文學系教授迪特爾-哈特曼。資料來源：克萊姆森大學

伽馬射線暴（GRBs）是伽馬射線光的爆發，是光中能量最高的一種，持續時間從幾秒到幾分鐘不等。最早的伽瑪射線暴是在20 世紀60 年代由用於監測核子試驗的衛星偵測到的。全球紅外線探測器的成因各不相同。

長持續時間的全球記錄光爆發是由超新星引起的，超新星是指一顆大質量恆星到達其生命盡頭並爆發出光的時刻。持續時間較短的古雷暴是由兩顆中子星合併（稱為千新星）或一顆中子星和一個黑洞合併產生的。

雖然GRB230307A 只持續了200 秒，但科學家看到餘輝的顏色從藍色變成了紅色，這是千新星的特徵。

“爆發本身實際上表明這是一個持續時間很長的事件，它應該是一個正常的超新星類型。但它有不尋常的特徵。它不太符合長爆發的模式，」哈特曼說。”事實證明，這個放射性雲團，這個千新星餘輝，其中有所有這些核合成指紋，是雙星合併的特徵。令人興奮的是，我們利用韋伯望遠鏡識別出了一種化學指紋，我們原本以為這種指紋會出現在短爆發中，但卻在長爆發中看到了它。”

哈特曼說，宇宙大爆炸產生了氫和氦。所有其他元素都是由恆星和星際介質中的過程產生的。「有些恆星的質量大到足以爆炸，它們會把這些物質送回氣態環境，然後再製造新的恆星。因此，宇宙中存在著一種循環，它使我們的碳、氮、氧以及我們所需的所有物質變得更加豐富，我們稱恆星為宇宙的大鍋。”

熱核反應或聚變使恆星閃閃發光，這導致了更多重元素的相繼產生。他說，輪到鐵的時候，就沒有太多能量可以擠出來了。那麼，金和鈾等重元素從何而來？

“重元素有著特殊的起源。主要有兩個過程。一個叫做快速過程，另一個叫做慢速過程。哈特曼說：”我們認為r過程發生在那些中子星合併中。”

理論建模表明千新星當中應該產生碲，但詹姆斯-韋伯太空望遠鏡探測到的光譜線提供了實驗證據。光譜線是連續光譜中的一條暗線或亮線。它是由原子或離子內部的躍遷產生的。

哈特曼說：”我們認為這是一個相當可靠的鑑定，但並不能夠像法庭上所說的那樣排除合理懷疑。”

研究的詳細結果請參閱科學期刊《自然》上發表的題為”JWST 觀測到的緊湊天體合併中的重元素生成”的論文：

https://www.nature.com/articles/s41586-023-06759-1

編譯自: ScitechDaily