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日本国立天文台 10月27日
编译：李想
校译：王雨阳
审阅：牧夫天文校对组
编排：张少岩
后台：李子琦
http://www.nao.ac.jp/news/science/2022/20221027-cfca.html
中子星合并与千新星的虚构图
（来源：日本东北大学）
译者注：千新星，是一类发生于双致密天体并合过程中的暂现天文事件。由于在并合过程中产生各向同性的物质抛射和重的R-过程元素的放射性衰变，千新星被认为可以发出短伽玛射线暴和强电磁辐射。人类利用哈勃空间望远镜于2013年首次观测到千新星事件。
金、铂和稀土元素对我们的生活至关重要，而它们的起源是什么呢？目前一个具有影响力的观点是被称为 “中子星” 的高密度天体之间的碰撞产生了这些重元素。通过数据模拟，日本国家天文台的天文超级计算机 “Aterui II”首次识别出了究竟哪些稀土元素是由中子星的碰撞和合并产生的。
2017年8月，中子星合并产生的引力波 “GW170817” 被美国与欧洲的引力波望远镜捕获。在此次捕获后，天文学家立即使用昴星团望远镜等在电磁波段观测了该引力波源，并证实了 “千新星”的存在。由于碰撞和合并，中子星的一部分被吹散至宇宙空间，其中就包含了合成出的金、铂和稀土等重元素。这些元素聚变会发射覆盖从可见光到红外线波段的电磁波，而这种现象就被叫做千新星。
但是，我们并不知道这种中子星合并产生的元素类型和数量。光谱学是用于研究宇宙天体中所含元素类型的一种方法。由于每个元素具有吸收固定波长的光的特性，因此可以通过检查光谱中出现的吸收线来直接识别元素的类型。但是在中子星合并的情况下，因为物质高速膨胀导致的多普勒效应会使波长发生变化，所以鉴别元素类型十分困难。此外，通过中子星合并形成的元素只有比铁重的元素，而目前尚不清楚这些元素在光谱中是什么特征。
由日本东北大学研究生土本菜菜惠（同时也是日本学术振兴会的特別研究员）领导的一个研究小组正在努力破译千新星的光谱。哪种元素在什么波长产生什么形状的吸收线，小组成员将全部的重元素都网罗进研究中。同时，研究者使用Aterui II进行了细致的数值模拟来计算千新星的光谱，确认了镧（La，原子序数57）和铈（Ce，原子序数58）这两种稀土元素在千新星的红外波段产生的吸收线。此外，人们发现，这些稀土可以很好地解释在 GW170817 千新星光谱中可见的吸收线的特征。通过这项研究，我们首次能够直接识别出被称为镧和铈的稀土确实是中子星合并产生的。
这次的研究结果表明，宇宙中存在重元素合成的证据可以直接从千新星光谱中获得。随着未来引力波观测的发展，我们预计会观察到更多的中子星合并现象。通过使用本研究中确立的方法，人类必将会大幅加深对宇宙中重元素起源的认知。
责任编辑：王雨阳
牧夫新媒体编辑部
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