宇宙中最大的爆炸制造了我们组成的元素，但还有另一个神秘的来源

这篇文章通过科学X的编辑流程和政策进行了审查。编辑们在确保内容可信度的同时，强调了以下属性：

经过事实核查

同行评审出版物

可信的来源

由研究人员撰写

校对

宇宙最大的爆炸产生了我们所组成的元素，但还有另一个神秘的来源

大爆炸后，宇宙主要由氢和少量氦原子组成。这些是周期表中最轻的元素。除了氦之外，所有比它更重的元素都是在大爆炸后138亿年内产生的。

恒星通过核聚变过程产生了许多比较重的元素。然而，这个过程只能制造铁这么重的元素。制造更重的元素将消耗能量而不是释放能量。

为了解释今天存在的这些重元素，有必要找到可以产生它们的现象。符合条件的一种事件是伽马射线暴（GRB）—宇宙中最强大的爆炸类型。这些爆炸可以喷发出比我们太阳光度高出10的18次方倍的辐射，并且据信是由几种类型的事件引起的。

GRB可以分为两类：长暴和短暴。长暴与巨大且快速旋转的恒星死亡有关。根据这一理论，快速旋转会使巨大恒星坍缩时喷射的物质形成狭窄的高速喷流。

短暴只持续几秒钟。据认为这是由两颗中子星—紧凑而密集的"死"恒星的碰撞引起的。2017年8月，美国的两个引力波探测器LIGO和Virgo发现了一个信号，似乎来自两颗中子星的碰撞。

几秒钟后，从同一方向探测到了一次短暴，称为GRB 100817A。在接下来的几周里，几乎地球上的每一架望远镜都指向这个事件，进行了前所未有的努力来研究其余波。

观测结果显示，在GRB 170817A的位置发现了一个巨新星。巨新星是超新星爆炸的微弱姐妹。更有趣的是，有证据表明在爆炸过程中产生了许多重元素。一项发表在《自然》杂志上的研究分析了这次爆炸，发现这次巨新星似乎产生了两种不同的碎片或抛射物。一种主要由轻元素组成，而另一种则由重元素组成。

我们已经提到核裂变只能在周期表中制造铁这么重的元素。但还有另一个过程可以解释巨新星是如何产生更重元素的。

快速中子俘获过程，简称r-过程，是指较重元素的原子核（或核心）在短时间内捕获许多中子粒子。然后迅速增加质量，产生更重的元素。然而，r-过程需要适当的条件：高密度、高温度和大量可用的自由中子。伽马射线爆发恰好提供了这些必要条件。

然而，像导致巨新星GRB 170817A的两颗中子星的合并这样的事件非常罕见。事实上，它们可能如此罕见，以至于它们不太可能是宇宙中丰富重元素的来源。那么长暴呢？

最近的一项研究特别调查了一个长伽马射线暴，GRB 221009。这被称为BOAT—有史以来最亮的伽马射线暴。这个伽马射线暴是2022年10月9日作为一个强烈辐射脉冲通过太阳系掠过的。

BOAT引发了类似于巨新星的天文观测活动。这个伽马射线暴比之前的记录保持者强大10倍，离我们如此之近，以至于它对地球大气的影响可以在地面上测量，并且与一次重大太阳风暴相媲美。

在研究BOAT的余波的望远镜中包括詹姆斯·韦伯空间望远镜（JWST）。它在爆炸约6个月后观测到了这个伽马射线暴，以免被初始爆发的余波致盲。JWST收集的数据显示，尽管这次事件的亮度异常，但它是由一次普通的超新星爆炸引起的。

事实上，先前观测到的其他长伽马射线暴表明，伽马射线暴的亮度与与其相关的超新星爆炸的大小之间没有相关性。BOAT似乎也不例外。

JWST团队还推断了BOAT爆炸期间产生的重元素的数量。他们没有发现r-过程产生的元素的迹象。这是令人惊讶的，因为从理论上讲，长伽马射线暴的亮度应该与其核心的条件有关，最有可能是黑洞。对于非常亮的事件—特别是像BOAT这样极端的事件—核心的条件应该是产生r-过程的合适条件。

这些发现表明，伽马射线暴可能并非宇宙重元素的重要来源。相反，可能还有其他来源存在。

本文是根据知识共享许可协议重新发布自The Conversation。阅读原文。