千新星事件，如何產生重元素，試圖推翻修正引力？

中子星碰撞如何使地球充滿黃金和其它貴金屬

十萬年一遇的千新星事件，怎麼使生命成爲可能，能夠推翻廣義相對論嗎？

它還扼殺了一些關於引力的其它想法！

一位藝術家描繪的一團富含重金屬的殘骸，它圍繞着正在合併的中子星。（圖象來源：NASA戈達德太空飛行中心/CI實驗室）

保羅·M·薩特（Paul M. Sutter）是紐約州立大學石溪分校（SUNY Stony Brook）和弗萊提榮研究所（the Flatiron Institute）的一名天體物理學家、《詢問宇航員》（Ask a Spaceman）和《太空無線電廣播》（Space Radio）的主持人以及《如何在太空死亡》（How to Die in Space）的作者。

宇宙非常擅長把東西撞擊在一起。各種東西都會發生碰撞——恆星、黑洞和被稱爲中子星的超高密度物體。

當中子星這樣做時，碰撞會釋放出大量生命所需元素。

讓我們來探索天文學家是如何利用時空結構中的細微漣漪來證實碰撞中子星使生命——如我們所知的那樣——成爲可能。

在宇宙歷史上，幾乎所有的東西都在某個時刻發生過碰撞，所以天文學家早就認爲中子星——大恆星爆炸性死亡中產生的超高密度物體——也會碰撞到一起。但從約十年前開始，天文學家意識到中子星的碰撞會尤其有趣。

首先，中子星碰撞會伴隨着一次閃光而結束。它不會像大型恆星爆炸時發生的典型超新星那樣明亮。但是，天文學家預測中子星碰撞所產生的爆炸會比典型新星明亮約一千倍，因此他們將其命名爲”千新星“——這個名字一直沿用至今。

顧名思義，中子星是由許多中子組成的。當你將一束中子置於高能環境中，它們會開始結合、轉化、分裂，並進行各種其它瘋狂的核反應。

元素的誕生

因爲所有的中子都在四處飛行並相互結合，以及核反應所需的所有能量，千新星於是就成爲了大量重元素產生的原因，這些重元素包括金、銀和氙。千新星和它們的近親超新星一起構成了元素週期表，併產生了所有使岩石行星準備好容納生物有機體所需的元素。

2017年，天文學家目睹了他們的第一顆千新星。這一事件發生在距離地球約1.4億光年處，最初的預兆是：出現了一種特定模式的引力波（或時空漣漪）沖刷地球。

這些引力波是由激光干涉引力波天文臺（LIGO）和處女座天文臺（the Virgo observatory）探測到的，這兩個天文臺立刻通知天文學界，稱他們看到了明顯的時空漣漪，這隻能意味着兩顆中子星發生了碰撞。不出兩秒，費米伽馬射線太空望遠鏡（the Fermi Gamma-ray Space Telescope）探測到了一次伽馬射線暴——一次短暫而明亮的伽馬射線閃耀。

隨着世界各地的天文學家在千新星事件中調試他們的望遠鏡、天線和軌道天文臺，在電磁譜的每個波長掃描它，一陣科學興趣紛來沓至。總計，全球大約三分之一的天文學界人士參與了這項工作。這也許是人類歷史上最爲廣泛描述的天文事件，在最初兩個月發表了超過100篇關於該主題的論文。

千新星早就被預言了，但在每個星系每十萬年發生一次的概率下，天文學家並不真的指望這麼快就能看到一顆。（相比之下，超新星在每個星系中每隔幾十年就會出現一次。）

此外，引力波信號的加入讓人們對事件本身有了前所未有的瞭解。在引力波和傳統電磁觀測之間，在中子星開始合併的那一刻起，天文學家就得到了完整的圖像。

這千新星單獨就產生了價值超過100個地球的純固態貴金屬，證實了這些爆炸在製造重元素方面很出色。

簡而言之，你珠寶中的黃金是由兩顆中子星碰撞所鍛造的，這場碰撞發生在太陽系誕生的很久以前。

修正引力之亡

但這不是千新星的觀測如此迷人的唯一原因。阿爾伯特·愛因斯坦的廣義相對論預測引力波以光速傳播。但是天文學家長期以來一直在努力發展廣義相對論的拓展和修正，並且其中絕大多數的拓展和修正預測了引力波的不同速度。

在那次千新星事件中，宇宙爲我們提供了一個完美的測試場所。來自千新星的引力波信號和伽馬射線暴信號在1.7秒之內彼此抵達。但那是在引力波信號和伽馬射線暴信號旅行了超過1.4億光年之後。地球距離彼此很近，爲了在如此漫長的旅程中抵達地球，引力波和電磁波必須以相同的速度傳播到百萬分之一的區域。

那一次測量比之前任何的一次觀測都要精準十億倍，因此消滅了絕大多數經過修正的引力理論。

怪不得全球三分之一的天文學家都覺得這很有趣。

BY: Paul Sutter

FY: Tessa

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