基洛诺瓦——两颗中子星相互环绕并最终碰撞时发生的巨大爆炸 _中子星

球形爆炸插图。Credit: Albert Sneppen
据美国物理学家组织网（by University of Copenhagen）：当中子星碰撞时，它们会产生一种爆炸，这种爆炸的形状就像一个完美的球体，这与之前人们的看法相反。尽管这是如何可能的仍然是一个谜，但这一发现可能为基础物理学和测量宇宙年龄提供一把新的钥匙。这一发现是由哥本哈根大学的天体物理学家发现的，并刚刚发表在《自然》杂志上。
基洛诺瓦——两颗中子星相互环绕并最终碰撞时发生的巨大爆炸——是创造宇宙中伟大和渺小事物的原因，从黑洞到你手指上金戒指中的原子和我们身体中的碘。它们产生了宇宙中最极端的物理条件，正是在这些极端条件下，宇宙创造了元素周期表中最重的元素，如金、铂和铀。
但是对于这种暴力现象，我们还有很多不了解的地方。当2017年在1.4亿光年外探测到一颗基洛诺瓦时，这是科学家第一次能够收集详细的数据。世界各地的科学家仍在解释这次巨大爆炸的数据，包括哥本哈根大学的阿尔伯特·斯奈彭和达拉赫·沃森，他们有了惊人的发现。
他们对2017年基洛诺瓦AT2017gfo的数据进行了分析。这些数据是欧洲南方天文台甚大望远镜上的X-shooter摄谱仪发出的紫外线、光学和红外光，结合了以前对引力波、无线电波和哈勃太空望远镜数据的分析。
“你有两颗超级致密的恒星，它们在坍缩前每秒钟绕对方运行100次。尼尔斯·波尔研究所的博士生、发表在《自然》杂志上的这项研究的第一作者艾伯特·斯内彭说:“我们的直觉和所有以前的模型都表明，碰撞产生的爆炸云必须具有扁平而不对称的形状。”
这就是为什么他和他的研究同事惊讶地发现，2017年的基洛诺瓦完全不是这种情况。它完全对称，形状接近完美的球体。
“谁也没想到爆炸会是这个样子。它是球形的，像一个球，这没有任何意义。但是我们的计算清楚地表明了这一点。这可能意味着我们在过去25年中一直在考虑的基洛诺瓦的理论和模拟缺乏重要的物理学，”尼尔斯·波尔研究所副教授、该研究的第二作者达拉赫·沃森说。
球形是一个谜
但是基洛诺瓦是如何成为球形的是一个真正的谜。据研究人员称，一定有意想不到的物理现象在起作用:
“使爆炸呈球形的最有可能的方法是，从爆炸的中心爆发出巨大的能量，使原本不对称的形状变得平滑。因此，球形告诉我们，在碰撞的核心可能有大量的能量，这是无法预见的，”艾伯特·斯奈朋说。
当中子星碰撞时，它们短暂地结合成一颗超大质量中子星，然后坍缩成一个黑洞。研究人员推测是否在这种坍塌中隐藏了很大一部分秘密:
“也许一种‘磁弹’是在恒星坍缩成黑洞时，超大质量中子星巨大磁场释放能量的瞬间产生的。磁能的释放会使爆炸中的物质分布得更呈球形。在这种情况下，黑洞的诞生可能会非常活跃，”达拉赫·沃森说。
然而，这一理论并没有解释研究人员发现的另一个方面。根据以前的模型，虽然产生的所有元素都比铁重，但极重的元素，如金或铀，应该在基洛诺瓦的不同位置产生，而不是锶或氪等较轻的元素，它们应该从不同的方向排出。另一方面，研究人员只检测到较轻的元素，它们在空间中均匀分布。

基洛诺瓦的艺术插图。Credit: Robin Dienel/Carnegie Institution for Science
因此，他们认为神秘的基本粒子，中微子，对这一现象也起着关键作用，关于中微子的知识还不太清楚。
“另一种想法是，在超大质量中子星存在的几毫秒内，它发出非常强大的辐射，可能包括大量的中微子。中微子可以导致中子转化为质子和电子，从而产生更多更轻的元素。这种想法也有缺点，但我们相信中微子发挥了比我们想象的更重要的作用， ”艾伯特·斯奈彭说。
一个新的宇宙统治者
爆炸的形状也很有趣，原因完全不同:
“在天体物理学家中，有很多关于宇宙膨胀速度的讨论。速度告诉我们，除了别的以外，宇宙有多老。现有的两种测量方法相差十亿年。在这里，我们可能有第三种方法，可以补充其他测量方法，并根据其他测量方法进行测试。
所谓的“宇宙距离阶梯”是今天用来测量宇宙增长速度的方法。这可以简单地通过计算宇宙中不同物体之间的距离来实现，这些物体就像梯子上的横档。
“如果它们是明亮的，并且大部分是球形的，如果我们知道它们有多远，我们可以使用基洛诺瓦作为一种独立测量距离的新方法——一种新的宇宙尺子，”达拉赫·沃森说，并继续说道:
“知道形状是什么，在这里是至关重要的，因为如果你有一个不是球形的物体，它会发出不同的光，这取决于你的视角。球形爆炸提供了更高的测量精度。”
他强调，这需要来自更多基洛诺瓦的数据。他们预计LIGO天文台将在未来几年探测到更多的基洛诺瓦。
关于基洛诺瓦
中子星是极其致密的恒星，主要由中子组成。它们通常只有20公里宽，但重量却是太阳的1 . 5到2倍。一茶匙中子星物质的重量相当于珠穆朗玛峰。当两颗中子星碰撞时，会出现一颗新星的现象。这是合并产生的巨大爆炸的名字。它是一个放射性火球，以巨大的速度膨胀，主要由合并及其后果中形成的重元素组成，包括较轻和非常重的元素，它们被喷射到太空中。
这种现象在1974年被预测到，并在2013年首次被清晰地观察和识别。2017年，当探测器LIGO(在美国)和处女座(在欧洲)成功测量到2017gfo基洛诺娃的引力波时，首次获得了基洛诺娃的详细数据，它位于1.4亿光年远的星系中。