地球上的金子从哪来?兴许该仰头看看天上
更新时间:2018-01-10 17:18 发布者:admin

地球上的金子从哪来?也许该抬头看看天上

原题目:地球上的金子从哪来?兴许该仰头看看天上

河汉系某处有个不为人知的旋臂,旋臂止境有团体迹常见的区域,那边的某个角落有个不起眼的黄色恒星,离这个恒星大约一亿五万万公里的轨道上有个更不起眼的蓝绿色的小行星,下面有一群无毛两足猿类,它们中的良多成员花了很大的工夫费心一个非常庸俗的成绩:

金子是从哪儿来的?

以及,怎么才能搞到更多的金子?

印加人信任金子是从天上掉上去的,是太阳神印蒂的眼泪或许汗水。亚里士多德认为金子是硬化的水,当阳光穿透地表深刻地下时就会发生这样的改变。牛顿抄写过一个用愚人石发明金子的配方;而当然了,侏儒妖龙佩尔施迪尔钦能从稻草里把黄金织出来。

图片来自:霍比特人

20世纪的年夜局部时光里,天体物理学家以为本人曾经找到了这个成绩的谜底:金子,正如一切的重元素一样,是在超新星暴发中出生的;在这个低温高压的熔炉里,较轻的元素被强迫聚变,才有了金这个质子数高达79的怪物。

但是跟着超新星计算机模型越来越好,大师发现一个成绩——超新星产生金这个级别的重元素的才能,好像并不比汗青上的炼金方士更好。宇宙中仿佛应该有别的一个愈加安慰的天表现象担任产生这些最重的元素。 

过去几年里,越来越多的天文学家盯上了“双中子星并合”这样一个现象。

两颗中子星的并合会产生激烈的爆炸,这样的事情会把重元素抛洒到太空中。图片来源:ESO/L. Calçada/M. Kornmesser

根据盘算,当两个中子星撞在一同的时分,应该既足以产生金,又能把金抛洒出去让此中微不足道的一小部分终极流浪到地球上。不外有一个成绩:我们临时以来始终不真的观测到过两颗中子星撞在一同。没有直接观测成果,那就只是夸夸其谈,无从验证我们的模型究竟有多准确。

当然你看到这里应该猜到了:就在明天,全世界多个机构的天文学家联合发布在NGC 4993星系不雅测到了一例双中子星并合现象。

艺术家想象的双中子星兼并时发生的激烈爆炸。歪曲的时空网意味着爆炸收回的引力波,高低两道光柱代表的是在收回引力波仅几秒钟后会放射出的伽马射线。图片来源:NSF/LIGO/Sonoma State University/A. Simonnet

2017年8月17日,12:41:04 (和谐世界时),在近地轨道默默飞奔着的费米-伽马射线太空望远镜向空中主动发送了一条简讯,内容是它刚刚探测到了一次来自宇宙深处的伽马射线爆发。

大约6分钟后, 位于美国加利福尼亚州汉福德市的LIGO 引力波探测器传来新闻,在刚刚探测到的伽马爆发生前1.7秒,探测到一次引力波爆发事情。

13:21:42,加入全球联网体系(Gamma-ray Burst Coordinates Network, GCN)的世界各地的望远镜把持中央同时收到一则告诉,内容是发现一例高度疑似双中子星并合事情,并通报了初步判断的方位坐标。

统一时间,曾经经过协定加入了LIGO多信使寰球观测配合的慧眼团队,也收到了疑似观测到双中子星兼并的传递,把在轨运转仅2个月,还处在缓和测试阶段的慧眼卫星,瞄准了信号来源的方向……

全世界的天文学家都沸腾了,全世界的望远镜都在同一时间指向了同一个方向:那囊括1.3亿光年的时空狂澜的泉源。

我们观测到了1.3亿光年之外,一例双中子星兼并事情。第一次,人类不只“听”到了引力波的“声响”,还“看”到了引力波的起源。

中子星是什么玩意儿?

中子星,是恒星被自己引力压垮之前面临的可能运气之一。它是咱们宇宙内密度最大的货色,能够粗略懂得成一个山一样大的原子核。一颗典范的中子星直径只要大概20千米,但却有两个太阳那么重。由于它的宏大重力,它下面任何高于多少毫米的“山丘”城市垮失落,所以它也是最圆的自然物体之一。

迷信家设想中的中子星外部结构。图片起源:Wikipedia | 翻译:易舒序

它重到什么水平呢?假设你用中子星密度的东西做一颗子弹在地球上发射(不克不及真的用中子星做,因为一旦离开母星,就没有那么多引力来约束它,这些中子星物资就会收缩开来并把你轰成渣渣),这颗子弹会掉下去击穿全部岩石圈,向五湖四海掀起伟大的地动,留下粉碎的撞击坑;而后高速气化它途经的一切岩浆,化为一颗地下贱星(究竟以它的密度而言,岩浆什么的跟空气没啥差别),最后永远逗留在地球核心。

嗯让你绝望了,还不能捣毁地球,但是人家毕竟只是一颗子弹啊。

换个角度说:假如你把这颗枪弹放在一个底座上让它不沉下去,那么当你凑近到几米之内的时分,它对你的引力就会超越地球引力,让你感到自己是在一个斜坡上往下滑。靠近到一米的时分,除非你全身绑好保险带,不然它会以让你胳膊脱臼的力气把你拽从前。而如果你的手指遇到了它,那么它的引力足以让你指尖的血液突破皮肤喷涌而出。

黑洞喜好者可能会抗议说黑洞才是最重的。但是黑洞实在是舞弊——它曾经掉出了我们的时空,我们看到的一坨黑只是它从异世界深渊投下的影子。这带来了一个大成绩,用霍金的话说就是“黑洞没有毛”:不算外挂的话,一切的黑洞都是赤裸裸的一个黑球球,区别无非是品质、电荷和扭转速度罢了。两个黑洞本体并合只不过产生一个新黑洞,放出来的也只要引力波。观测这些现象确切能对实践做一些奉献,但总的而言,它本身没有太多事件可以做。

中子星可就纷歧样了。它是正派在我们宇宙外面,正派能被我们看见,正派能对人类世界产生本质影响的。比如,它们能向太空中扔金子。

千新星:

货泉的来源是相撞

宇宙诞生后未几有了质子和中子,然后它们差未几自发地变成了氢、氦和锂,但也就到此为止。恒星的诞生令这头三个元素可以进一步聚变并放出能量,但是这个聚变到了铁就又不得不结束。铁是最稳定的元素,持续变大反而会变得不稳固,岂但不能放出能量,还须要在极其情况下投入巨大能量能力做出更重的东西,譬如我们都想要的银、铂和金。

要怎样做呢?一个很简略的措施是往外面拼命地扔中子。中子多了之后有些会衰酿成质子,这样就失掉了新的元素。但要点是必定得快,比衰变速度更快,才干失掉金子这个级此外最重元素;否则就只能失掉比铁略微重一些的东西,比方铅。

当天文学家发现,就连超新星爆发都到不了这么快的时分,别提有多扫兴了。 

但是超新星爆发常常会留下一个中子星。而中子星除了表面的固态壳层和最外面的内核之外,剩下的部分简直都是中子,所以如果能让这些取之不尽的中子放射出来撞到铁之类的原子的话,那么别说金子要多少有几多,更重的元素——比如核裂变中至关重要的铀和钚——也都能容易做出来。 

只要一个成绩。这些中子之所以一开始在那里,就是因为中子星巨大引力的束缚,它们才不会自动跑掉。如果是黑洞的话,那这一步就是绝路了,没有任何惯例物质能逃离黑洞。所幸中子星没有那么绝,还可以依附外界暴力手腕:比如中子星撞黑洞,或许罗唆两颗中子星撞在一同。

依据模子预算,这样的一次相撞,应当能产生300个地球那么重的黄金;地球上的大部门贵金属应该都是良久以前如许的进程带来的。研讨者猜测这种相撞还会发生巨量喷射性元素,它们的衰变将在短时间内收回大批的光,亮度应该能到达新星的1000倍摆布,因而这个相撞景象又被称为“千新星”。

艺术家对双中子星并合产生“千新星”现象的想象图。图片来源:University of Warwick/Mark Garlick

展开一切的眼睛

当然,明天再去千新星找金子就太晚了。千新星扔碎块的速度大略是光速的0.1-0.3倍,意味着此次观测到的千新星扔出的金子就算有几块对准了地球,飞过去也需要或许5亿年。

然而千新星还有一个凶猛得多的特色:它除了自己的晶莹可见光和红外线,还应该随同着其余激烈的天文信号,好比二次射电辐射,短伽玛暴,伽玛暴余晖,还有——引力波。

这一次,我们曾经观测到了千新星、短伽马暴和引力波三条。 

本次引力波事情的方位。图中左侧显示的是费米、LIGO和VIRGO独特断定的引力波信号来自的天空(天球)标的目的规模。在这个范畴里,发明一个星系中产生了巨新星爆发的现象。右侧是光学千里镜拍摄到的爆发前与爆发后的星系照片。可以看到爆发后(上图)多了一颗星体。

这些来自各个角度的数据自身能大大加深我们对中子星外部构造的懂得,还能更进一步辅助我们意识四大基础作使劲中最强的一种——强彼此感化的实质。更普遍地说,以如斯多的方法去察看一个天文现象,是“多信使地理学”的一个主要里程碑:它象征着我们张望天庭的诸多眼睛有了结合起来的绝佳锚点。

过去几千年里,人类甚至都不晓得引力波的存在。2015年,我们第一次看到了引力波,但那时观测到的只是黑洞并合,它们没有放出任何别的旌旗灯号,也无奈正确断定并合的地址。而这一次,双中子星并合既开释出了引力波,又释放出了电磁波段的诸多信号。比及高能宇宙线和中微子的天文台都可能参加观测步队之中时,我们将终于可以说,人类看到了它的完全面孔。

此刻,我们刚开端。