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即將碰撞的中子星的想象圖。圖片來源：NASA and Goddard Space Flight Center

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撰文 | Nola Taylor Redd

翻譯 | 莫澤鑫

審校 | 郭曉

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天文學(xué)家正在搜尋一次中子星碰撞的殘留物質(zhì)，這次碰撞給予了地球珍貴的金屬元素。當(dāng)中子星合并的時(shí)候，它們會(huì)向周圍的環(huán)境噴射出大量壽命較短的元素，而這些物質(zhì)此后成為了太陽系的一部分。

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目前，科學(xué)家正在嘗試追蹤由原始的衰變?cè)袭a(chǎn)生的元素，來深入了解促使太陽系形成的中子星合并事件。基于這一工作，科學(xué)家相信這一合并事件發(fā)生在太陽系誕生前1億年，發(fā)生于距離太陽系誕生地1000光年的地方。

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該項(xiàng)目的首席科學(xué)家Szabolcs Marka說：“這一地點(diǎn)很接近太陽系?！?Marka是哥倫比亞大學(xué)的物理學(xué)家，他接著說：“如果你仰望天空，發(fā)現(xiàn)距離1000光年的地方有中子星合并，它會(huì)照亮整個(gè)夜空。”

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Marka和佛羅里達(dá)大學(xué)的天體物理學(xué)家Imre Bartos用太陽系形成之初的隕石追蹤這次合并事件。他們分析了隕石中的同位素，首先計(jì)算出了太陽系早期的放射性同位素的數(shù)值。然后，他們將這一結(jié)果與中子星合并而產(chǎn)生的同位素?cái)?shù)量進(jìn)行了對(duì)比。

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宇宙中如金、鉑、钚等重元素，均由中子轟擊周圍的原子形成。在這樣的碰撞中，一個(gè)中性的中子能釋放出一個(gè)負(fù)電子，變成一個(gè)帶正電的質(zhì)子并改變?cè)拥男再|(zhì)。這個(gè)被稱為“快速中子捕捉”的過程僅發(fā)生于最強(qiáng)力的爆炸中，如超新星爆發(fā)和中子星合并。但是，科學(xué)家在哪一種極端事件創(chuàng)造了宇宙中大部分的重元素上，還存在爭(zhēng)論。

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于是，Marka和Bartos試圖利用古代隕石，了解到底哪一種事件導(dǎo)致了早期的太陽系形成。那些來自早期太陽系隕石中的物質(zhì)，是由一次爆炸噴射出來的。雖然那些最初噴射出的元素由于放射性，會(huì)迅速衰變，但它們會(huì)留下存在的“印跡”。

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同時(shí)，隨著激光干涉引力波天文臺(tái)（LIGO）發(fā)現(xiàn)了潛在的中子星合并事件，科學(xué)家也著手利用這一天文臺(tái)的觀測(cè)，幫助確定最有可能為太陽系形成提供物質(zhì)的附近的中子星合并事件。Marka稱這些緩慢衰變的物質(zhì)，最終形成了太陽系。

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之前的研究估計(jì)，銀河系中超新星爆發(fā)大概每50年發(fā)生一次。LIGO的新觀測(cè)結(jié)果表明，中子星合并事件發(fā)生的頻率要低得多，大概每十萬年一次。太陽系中重元素的數(shù)量表明，它們來自一次發(fā)生于附近的中子星合并事件，相比之下，超新星爆發(fā)會(huì)產(chǎn)生更多的原材料。

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隨后，他們開始用不同的同位素，確定太陽系的中子星合并事件具體的發(fā)生時(shí)間和地點(diǎn)。

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Marka說：“在爆炸時(shí)，每種同位素都是一個(gè)開始計(jì)時(shí)的秒表?！蓖ㄟ^研究物質(zhì)被捕獲時(shí)，每種同位素的殘留量，他能夠確定往太陽系噴射物質(zhì)的中子星合并發(fā)生的時(shí)間。他說道，“只有一個(gè)時(shí)間點(diǎn)與所有證據(jù)吻合，”大概是太陽系形成前1億年?；诖嬖谟谔栂抵械奈镔|(zhì)含量，該團(tuán)隊(duì)也計(jì)算出了合并事件發(fā)生在距離太陽系1000光年的地方。

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而他們無法確定的是，這些重元素到底是從哪個(gè)方向進(jìn)入了日后形成太陽系的“鄰近地區(qū)”。理論上，這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)將能讓科學(xué)家精確地找到碰撞的遺跡。但問題在于，太陽在其誕生之后的45億年間，并不是保持靜止，而是一直在銀河系中移動(dòng)。在同一個(gè)星系團(tuán)中，太陽系附近形成的恒星已被它留在了身后，這也讓天文學(xué)家搜索了很長(zhǎng)時(shí)間，卻沒能取得進(jìn)展。Marka希望，在未來，天文學(xué)家可以找到那些太陽系的姊妹恒星，以及形成太陽系的中子星合并的遺跡。

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在Marka看來，這一新發(fā)現(xiàn)是巨大的進(jìn)展。他說道，“研究團(tuán)隊(duì)里的成員甚至都激動(dòng)地哭了?！彼f，這是因?yàn)檫@個(gè)中子星合并事件，并不只是發(fā)生在外太空的某一個(gè)事件，而是與我們每個(gè)人都息息相關(guān)的一件事。

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原文鏈接：

https://www.scientificamerican.com/article/scientists-trace-neutron-star-crash-that-helped-form-our-solar-system/#userconsent#

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