两颗城市大小的球体在星系中翩翩起舞。它们稠密的质量,每颗都相当于一颗恒星,在它们越来越近时旋转着彼此,触及对方存在的外部边界。在令人窒息的100秒里,它们期待的“双人舞” 引力波 颤动了整个宇宙。
终于,舞者们碰撞了,它们的宇宙之躯粉碎在一起。伽马射线闪耀,比任何其他形式的光能量都高,从它们的结合中飞出,同时还有无线电波、X射线和红外线,让它们的合并在整个电磁光谱中被知晓。
当它们紧密旋转时——再次碰撞时也是如此——它们会将中子和质子抛入太空,在巨大的、炽热的云中挤出它们,加速形成宇宙中最珍贵的物质。
或者,换句话说:“就像把两个果酱甜甜圈砸在一起,”丹·卡森说。卡森是一位理论天体物理学家,他是最近 宣布 观测到两颗中子星合并的4000名科学家之一,他们不仅通过可见光,还通过引力波探测器进行了观测。
这次中子星合并的观测之所以令人激动,是因为它是第一次。但它不会是最后一次。虽然研究人员估计,在银河系中,中子星合并大约每10,000年发生一次,但世界各地引力波天文台和望远镜的努力可以看到更远的地方,窥探遥远的星系。希望通过这些技术,天文学家可能能够每年追踪到3-12个这样的事件,甚至更多。
观察一个以上的事件应该会开启全新的研究领域。并非所有中子星都相同,增加更多样化的组合将使科学家们对我们星系中发生的事情有更清晰的认识。“我们已经看到两颗中子星碰撞,也看到了两颗黑洞碰撞,但当我们看到一颗中子星和一颗黑洞碰撞时会发生什么?”卡森说。“这将是下一个问题,事件的范围是什么,它们会做不同的事情吗?”
重金属
这项发现花费了科学家几个月的时间,分析了世界各地天文台的结果。关于这次事件的论文仍在撰写中,但迄今为止,碰撞最令人兴奋的方面之一是,它向我们展示了宇宙中大多数重元素从何而来。
核弹中的铀,你手机里的稀土元素,你房子里不得不更换的含铅油漆,是的,你脖子或手指上戴的金子。所有这些元素大约有一半来自中子星合并时抛射出的发光物质云。
在中子星碰撞后的第二秒,富含中子的粒子汤开始混合聚集,形成铁等元素,然后是更重的元素。与此同时,云层继续扩散。
“这就像一片低密度、由碎片组成、以光速十分之几的速度抛射出的蘑菇云。一天之后,这片碎片云已经扩散到太阳系大小的范围,”卡森说。
它扩散到整个星系,将宇宙弹片送到附近的恒星、星云和行星,用沉重的元素加载它们。在最近观测到的中子星合并中,材料的载荷相当于地球质量的2300倍。将其分解成单独的元素,大约10个地球的质量将是纯金。
但这些元素还没有凝聚成行星,像巨大的弹球一样在太空中飞驰。它们仍然是模糊的、零散的、移动的。它们与自大爆炸以来就存在的氢和氦等粒子,以及由巨大恒星或矮星爆炸产生的光元素一起。
“星系非常擅长回收一切,”罗切斯特理工学院的天体物理学家理查德·奥肖内西说,他 参与了最近的LIGO发现。奥肖内西解释说,当它们在星系中移动时,元素的で气体加热和冷却,流动和混合,融合在一起,并将物质分布到整个宇宙。
坚如磐石
但是,黄金是如何从漂浮在星系中,变成地球上固定存在的你的结婚戒指的呢?行星地质学家仍在研究细节。在我们太阳系早期,一些漂浮的气体塌缩形成了一颗恒星,而在这颗恒星周围,更多的气体和尘埃开始在这颗恒星周围形成一个盘。当时情况很热,很拥挤。
在早期阶段,热量尤为重要。来自恒星或放射性元素的热量对于将金属从早期太阳系中漂浮的所有其他物质中分离出来至关重要。
“固体岩石和固体金属实际上无法相对移动,”哈佛大学的行星地质学家丽贝卡·费舍尔说。“但一旦温度足够高,物质开始熔化,它们就可以相互流动。”
接下来发生的事情取决于元素的行为。一些材料满足于熔化并与其他物质混合,形成氧化物和化合物。但像黄金和铂金这样的材料,它们倾向于保持金属状态,并且不太容易与其他物质结合。这些密集的金属块沉入熔化物体的内部,然后冷却形成固体,具有大部分分离的岩石和金属层。
但请记住,当时很拥挤。很快,这些物体本身可能就被剧烈的碰撞分裂了,导致金属和岩石小行星散布在早期太阳系中。
最终,更大的行星开始形成,金属沉入地球中部,形成了我们的地核。关于今天地球表面上的金属是如何到达那里的,仍然存在一些争论,但有些人认为,在地球地核形成、外层固化之后,金属和岩石物体的巨大碰撞为地球上层提供了一次最后的金属添加,为地球添加了研究人员称之为 晚期覆盖层。
来自地球内部的热量不断分离出黄金和铂金等金属,温泉和火山帮助黄金更接近地表。随着风和水的侵蚀岩石,以及构造力量抬升山脉和撕裂峡谷,一些黄金最终到达了地表。最终,人类发现闪亮的物质确实有很多用途——人们不仅愿意用黄金进行交易,还会为它而战,用它来崇拜,并用它来表达他们永恒的爱。而这一切都始于很久以前,当时两颗中子星在宇宙的舞池里互相碰撞。