研究小组首次同时模拟千新星爆炸的不同特征

中子星是大质量恒星的最终产物，将原始恒星质量的一大部分聚集在直径仅十公里左右的超致密恒星中。2017年8月17日，研究人员首次观察到两颗绕轨道中子星爆炸合并的多重特征：引力波和巨大的辐射爆发，包括伽马射线爆发。

一个国际研究小组开发了一种方法来同时模拟这些千新星的可观测信号。这使他们能够精确地描述合并过程中到底发生了什么、核物质在极端条件下如何表现，以及为什么地球上的黄金一定是在此类事件中产生的。

马克斯·普朗克引力物理研究所和波茨坦大学的团队使用一种新的软件工具，同时解释了来自千新星的各种类型的天体物理数据。

此外，还可以使用其他中子星的射电和X射线观测数据、核物理计算数据，甚至地球加速器上重离子碰撞实验的数据。到目前为止，各种数据源都是单独分析的，并且在某些情况下使用不同的物理模型来解释数据。

乌得勒支大学科学家PeterTHPang表示：“通过连贯、同步地分析数据，我们得到了更精确的结果。”

“我们的新方法将有助于分析极端密度下物质的特性。它还将使我们能够更好地了解宇宙的膨胀以及中子星合并过程中重元素的形成程度，”该大学教授蒂姆·迪特里希解释道。波茨坦大学和马克斯·普朗克引力物理研究所马克斯·普朗克研究员小组的负责人。

宇宙实验室的极端条件

中子星是大质量恒星生命末期在超新星爆炸中形成的超致密天体。与其他致密天体一样，一些中子星在双星系统中相互绕转。它们通过不断发射引力波(时空结构中的微小涟漪)而损失能量，并最终发生碰撞。

这种合并使研究人员能够在宇宙中最极端的条件下研究物理原理。例如，这些高能碰撞的条件导致金等重元素的形成。事实上，合并中子星是研究密度远远超出原子核的物质特性的独特对象。

新方法被应用于迄今为止第一个也是唯一一个双中子星并合的多信使观测。在2017年8月17日发现的这一事件中，恒星最后几千次相互绕行的时空扭曲足以产生引力波，地面引力波天文台AdvancedLIGO和AdvancedVirgo检测到了引力波。当两颗恒星合并时，新形成的重元素被喷射出来。

其中一些元素发生放射性衰变，导致温度升高。在这种热辐射的触发下，碰撞后两周内检测到光学、红外和紫外信号。同样由中子星合并引起的伽马射线爆发喷射出额外的物质。中子星物质与周围介质的反应产生X射线和无线电发射，可以在几天到几年的时间尺度上进行监测。

中子星聚并GW170817的模拟。图片来源：马克斯·普朗克引力物理研究所

为未来的检测提供更准确的结果

引力波探测器目前正在进行第四次观测。下一次中子星合并的探测可能会在任何一天到来，研究人员正急切地等待使用他们开发的工具。

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