两颗中子星碰撞并融合产生“kilonova”基洛诺瓦爆炸的插图，新的研究表明可能是完美的球体。(Image credit: Robin Dienel/Carnegie Institution for Science)
据美国太空网（By Robert Lea）：一项新的研究发现，当中子星碰撞时，它们产生的爆炸是完美的球形。
这与以前围绕爆炸的理论相矛盾，这些理论被称为“kilonova”基洛诺瓦，认为爆炸应该像扁平的圆盘一样进行。但是这些爆炸呈球形的原因仍然是个谜。
“基洛诺瓦”对我们理解宇宙演化很重要，因为正是在这些大规模宇宙爆炸创造的极端条件下，合成了金、铂和铀等重元素。
基洛诺瓦的最终结果是一个所谓的“超大质量”合并中子星，它迅速坍缩产生一个黑洞。但是关于这些事件的其他细节仍然不为人知，所以对于天体物理学家来说，任何关于导致这些事件的碰撞的信息都是隐喻性的黄金粉尘。
第一次探测到kilonova是在2017年，宇宙爆炸位于距离地球约1.4亿光年的地方。正是在分析这次大爆炸的数据时，天体物理学家惊奇地发现基洛诺瓦是球形的。
“谁也没想到爆炸会是这个样子。它是球形的，像一个球，这没有任何意义。但我们的计算清楚地表明它是，”研究合著者、哥本哈根尼尔斯·波尔研究所的副教授达拉赫·沃森在一份声明中说。
该研究的主要作者、尼尔斯·玻尔研究所的博士生艾伯特·斯内彭解释了为什么2017 kilonova的球形发现如此出人意料。“你有两颗超级致密的恒星，它们在坍缩前每秒钟绕对方运行100次，”他解释道。“我们的直觉，以及所有以前的模型都表明，碰撞产生的爆炸云必须具有扁平而不对称的形状。”
基洛诺瓦的球形形状向研究人员表明，当两颗中子星螺旋在一起并合并时，可能存在迄今为止意想不到的物理现象。
“最有可能使爆炸呈球形的方法是从爆炸中心爆发出巨大的能量，使原本不对称的形状变得平滑，”Sneppen说。“所以球形告诉我们，在碰撞的核心可能有很多能量，这是无法预见的。”
该研究小组认为，基洛诺瓦球形的秘密可能隐藏在合并产生的超大质量中子星的短暂存在及其迅速坍缩为黑洞中。
“也许一种‘磁性炸弹’是在超大质量中子星坍缩成黑洞时释放出巨大磁场的能量时产生的，”沃森说。“磁能的释放会使爆炸中的物质分布得更呈球形。那样的话，黑洞的诞生可能会很有能量。”
虽然这个理论可以解释基洛诺娃的球形形状，但它无法解释天体物理学家发现的另一个意想不到的特征。
基洛诺瓦人如何“传播财富？”
基洛诺瓦以前的模型表明，他们铸造的所有元素都应该比铁重。像金或铀这样的极重元素应该在基洛诺瓦不同的地方产生，而不是像锶或氪这样相对较轻的元素。这些较轻和较重的元素也应该被巨大的爆炸发射到不同的方向。
但是当观察2017 kilonova时，研究小组只发现了较轻的元素，并且还观察到它们在整个空间中均匀分布。研究人员认为，中微子是一种幽灵般的基本粒子，只与物质发生微弱的相互作用，这可能是他们观察到的这一意外情况的原因。
“另一种想法是，在超大质量中子星存在的几毫秒内，它发出非常强大的辐射，可能包括大量的中微子，”Sneppen说。“中微子可以导致中子转化为质子和电子，从而产生更多更轻的元素。这种想法也有缺点，但我们认为中微子发挥的作用甚至比我们想象的还要重要。”
基洛诺瓦爆炸是球形的这一发现也有助于揭示暗能量，这种神秘的力量占宇宙总能量物质含量的70%左右，显然推动了宇宙的加速膨胀。
目前，通过观察遥远的超新星、恒星死亡时发生的宇宙爆炸来测量宇宙膨胀的速度，与粒子物理学中对该速度的预测之间存在重大差异。
一个基洛诺瓦和一个伽马射线爆发的插图，蓝色代表被挤压的物质，红色表示由两颗中子星围绕它们创造的合并物体旋转喷射的物质。(Image credit: Aaron M. Geller/Northwestern/CIERA and IT Research Computing Services)
“在天体物理学家中，有很多关于宇宙膨胀速度的讨论。速度告诉我们，除了其他事情之外，宇宙有多老，”Sneppen解释说。现有的两种测量方法相差约十亿年。在这里，我们可能有第三种方法，可以补充和测试其他测量。”
了解基洛诺瓦的形状对于将这些宇宙事件变成一把测量棒至关重要。这是因为非球形的对象会根据观察的角度以不同的方向发射光线，而球形爆炸无论方向如何都会提供更均匀的发射。当测量宇宙距离，从而推断宇宙的膨胀速度及其加速度时，这可能会导致更高的精度。
研究小组表示，在基洛诺瓦可以以这种方式用作测量工具之前，这项发现提出的剩余问题必须得到回答——这意味着需要对中子星合并进行更多的观察。
他们希望像激光干涉仪引力波天文台(简称LIGO)这样的引力波天文台继续工作，跟踪这些合并发射的空间结构中的微小波纹，将使这些基洛诺瓦观测得以进行。
这项新研究于2月15日在线发表在《自然》杂志上。
