天文物理學家首次測量了中子星碰撞導致形成黑洞的放射性餘輝中基本粒子的溫度。這項突破使科學家能夠研究這些強大宇宙事件中的微觀物理特性。 這些發現也揭示了單次觀測是如何捕捉到一個物體的跨時空存在的，就像一張跨越宇宙瞬間的快照。

中子星碰撞的藝術印象，除了放射性火雲之外，還留下了一個黑洞和來自兩極的快速移動物質噴流。 資料來源：OS Salafia， G. Ghirlanda， CXC/NASA， GSFC， B. Williams et al.

哥本哈根大學尼爾斯-玻爾研究所的研究人員最近在《天文學與天體物理學》（Astronomy & Astrophysics）雜誌上發表了這項發現。

兩顆中子星的碰撞產生了迄今觀測到的最小的黑洞。 這強烈的宇宙事件產生了一個以近乎光速膨脹的火球，在碰撞後的幾天裡閃耀著數以億計的太陽光芒。

這種被稱為”千新星”的強烈亮光天體由於在爆炸過程中形成的重放射性元素的衰變而發出大量輻射。

由尼爾斯-玻爾研究所宇宙破曉中心（The Cosmic DAWN Center at the Niels Bohr Institute）領導的一個國際研究小組將全球各地的望遠鏡對千新星光線的測量結果結合起來，終於揭開了千新星爆炸的神秘面紗，並接近了一個古老的天文物理學問題的答案： 比鐵更重的元素從何而來？

中子星碰撞留下迅速膨脹的放射性物質雲的藝術印象。 資料來源：美國太空總署戈達德太空飛行中心，CI 實驗室

天體物理大爆炸的每時每刻都在急劇發展，因此沒有一台望遠鏡能夠追蹤其整個過程。 單一望遠鏡的觀測角度會被地球自轉所阻擋。但是，透過將澳洲、南非和哈伯太空望遠鏡的現有測量數據結合起來，我們可以非常詳細地追蹤它的發展。

尼爾斯-玻爾研究所的博士生、這項新研究的負責人阿爾伯特-斯奈本（Albert Sneppen）說：”我們的研究表明，整體數據比單組數據的總和還要多。 “

碰撞後，碎裂的恆星物質溫度高達數十億度。 其溫度甚至比太陽中心還要高出一千倍，與宇宙大爆炸發生後一秒鐘的宇宙溫度相當。

如此極端的溫度會導致電子不附著在原子核上，而是在所謂的電離等離子體中漂浮。電子四處”跳舞”。 但在隨後的瞬間、幾分鐘、幾小時和幾天裡，恆星物質會冷卻下來，就像大爆炸後的整個宇宙一樣。

宇宙大爆炸發生37 萬年後，宇宙已經冷卻到足以讓電子附著在原子核上，並製造出第一批原子。 光現在可以在宇宙中自由傳播，因為它不再受到自由電子的阻擋。這意味著，我們在宇宙歷史上所能看到的最早的光就是這種所謂的”宇宙背景輻射”–由光拼湊而成，構成了夜空的遙遠背景。 現在，我們可以在爆炸的恆星物質中觀察到電子與原子核統一的類似過程。

具體成果之一就是觀測到了鍶和釔等重元素。 它們很容易被探測到，但很可能還有許多我們無法確定其來源的其他重元素也是在爆炸中產生的。

“我們現在可以看到原子核和電子在餘輝中結合的瞬間。我們第一次看到了原子的產生，我們可以測量物質的溫度，看到這個遙遠爆炸中的微觀物理學。這就像欣賞從四面八方包圍我們的三個宇宙背景輻射，但在這裡，我們可以從外部看到一切。我們看到了原子誕生之前、期間和之後的情況。

該研究的合著者、尼爾斯玻爾研究所助理教授卡斯帕-海因茨（Kasper Heintz）繼續說道：”物質膨脹得如此之快，體積增大得如此之快，以至於光線需要幾個小時才能穿過爆炸。

在離我們較近的地方，電子已經鉤住了原子核，但在另一邊，在新生黑洞的遠端，”現在”還只是未來。

編號：10.1051/0004-6361/202348758

編譯自/ ScitechDaily