首次在中子星合併中檢測到重元素的形成

當兩個中子星相互碰撞時，它們不僅會放出能量，也會產生重元素並散播到整個宇宙中。天文學家第一次在中子星碰撞的千新星（kilonova 或 r-process 超新星）中發現新形成的元素­-鍶（Strontium），這項觀測證實天文家先前的理論，中子星碰撞確實會製造比鐵重的元素。

2017年8月，當人類觀測到首次中子星碰撞事件GW 170817，數據顯示這些高能事件應該會產生較重的金屬，例如金，鈾和鉑（Platinum）。但實際上由於光譜很複雜以及我們對中子星合併的千新星爆發了解有限，因此鑑定重元素有些棘手。最近，一個國際天文團隊重新分析甚大望遠鏡上X-Shooter儀器所拍攝的光譜，發現與鍶有關的吸收特徵。天文學家表示：這是追尋數十年來元素起源的最後階段了。先前我們知道，這些元素主要是恆星在超新星爆炸或老恆星的外層中產生，但我們還不知道最後快速中子俘獲階段，產生更重的元素詳細過程與位置。

早期宇宙主要物質是最輕的元素氫和氦，直到重力開始將物質拉在一起形成恆星後，這些恆星在其核心中將氫融合成氦，然後再將氦融合成碳、氮、氧，依此類推，直到融合到第二十六個元素-鐵，之後因為無法從其融合中提取能量，需要快速的中子俘獲過程或稱為r過程，使原子核與中子碰撞後合成比鐵重的元素。由於這些反應需要足夠快地發生，以使核衰變不會在添加中子到原子核之前就發生。這意味著它需要在有大量自由中子下狀態下發生，如大質量恆星的超新星爆炸，或中子星碰撞。GW 170817在爆炸時會產生以20％到30％光速向外擴張的外殼，這些物質認為是由新形成的元素所組成。由於物理學家對較重元素的光譜不完全了解，需要先建立光譜模型，接者在X-Shooter數據中，在波長350和850 nm處觀察到的顯著鍶的吸收特徵，因此確認這種爆炸確實可以產生r過程。

【圖：歐洲南方天文台；文：節錄自台北市立天文科學教育館網頁】研究全文刊登在已經出版的《自然》期刊