研究成果

千倍新星晚期觀測將能提供自然界中最重元素的合成證據

刊登日期:2019-02-18

在2017年8月同時探測到,從一對雙中子星合併所產生的重力波與電磁波,開啟了新的多信使天文學時代。在此一觀測所提供的眾多成就中,透過對"千倍新星"(一種透過富含中子的放射性重元素衰變能量導致的電磁輻射)的觀測結果分析,提供了一個科學家長久以來追尋的問題的證據:自然界中的重元素是在宇宙中何處所形成的?
然而,在這成功的發現之外,物理學家與天文物理學家也了解到,這項觀測並沒有辦法提供自然界中最重的重元素(例如鉛,鈽,釷,鈾)於此事件中形成的證據。這是由於在合併後十天內所觀測到的光譜,因為噴出物的極高速度(約大於十分之一光速),喪失了帶有元素特徵的吸收及放出光譜線。
中央研究院物理研究所吳孟儒助研究員,與美國哥倫比亞大學Jennifer Barnes博士,Brian Metzger教授,及德國亥姆霍茲重離子研究中心的Gabriel Martinez-Pinedo教授的一項共同研究中,透過對於千倍新星晚期(中子星合併數月後)的放射性能量計算,發現若是有部份比鉛還重的核素的存在,這些核素產生的放射性衰變能量能夠大幅度的影響觀測到的千倍新星光度曲線(見圖一)。因此,透過未來高靈敏度的新一代天文望遠鏡(例如詹姆斯·韋伯太空望遠鏡)對於千倍新星的多波段、多時間觀測,科學家將有機會找到自然界中最重的元素,在雙中子星合併中所形成的證據。
此研究已於2019年2月12號發表於《物理評論快報》期刊。詳全文請見: https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.062701



Figure 1 :理論預測含有不同種類核元素的千倍新星光度曲線,未來的觀測將能夠區分這些含有不同核元素的模型。

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