一项新的研究报告称，科学家们在有史以来最大、最令人费解的太空爆炸之一的沉降物中发现了生命的关键成分。
这一发现为我们提供了一个难得的机会，让我们得以一窥可能形成对地球上许多生命形式至关重要的物质(如碘和钍)的宇宙过程，同时也为被称为千新星的辐射爆发的来源带来了新的谜团。
今年3月7日，美国国家航空航天局(NASA)的一架太空望远镜在太空深处探测到一次名为伽马射线暴(GRB)的巨大爆炸，该爆炸持续了大约200秒。在随后的几天和几周内，天文学家们用包括詹姆斯韦伯太空望远镜(JWST)在内的许多不同的设备观察了这次被称为GRB 230307A的爆发的后果，詹姆斯韦伯太空望远镜是有史以来发射的最强大的太空天文台。
科学家们很快意识到，GRB 230307A比银河系所有恒星的总和还要亮100多万倍，使其成为有史以来观测到的第二亮的GRB。这次爆发的特征表明，它是由距离地球约800万光年的两个超高密度物体(即中子星)之间的所谓“千新星”碰撞引起的。但是，尽管大多数千新星爆发只持续几秒钟，但这次奇怪的事件却持续了整整三分钟多，这让科学家们感到困惑。
现在，由内梅亨大学天体物理学家安德鲁·莱万领导的一个研究小组发现，这次令人费解的长时间爆炸通过一个被称为核合成的过程创造了大量重元素，包括对地球生命至关重要的物质。根据周三发表在《自然》杂志上的一项研究，通过用JWST观察这次爆发，研究人员能够证明“GRB 230307A属于与紧凑物体合并相关的长时间伽马射线爆发”，并证明这些事件“在整个宇宙的重元素核合成中起着核心作用”。
Levan在一封电子邮件中告诉Motherboard:“这是一个快速发展，有时具有挑战性的工作，也是一个非常棒的经历。”“这有点像一个宇宙谋杀之谜——是什么导致了这次伽马射线爆发。这是一群了不起的人对各种各样的数据进行了大量的拼凑，当然也建立了可以解释这些数据的模型。虽然它非常明亮，但它并不是一件容易理解的事情。例如，我们花了一天半的时间才真正定位到天空中爆发的位置，又过了几天才看到颜色的变化，这告诉我们它可能是千新星，然后我们不得不等待它移动到JWST可以看到的天空中。”
他补充说:“最终，这一切都走到了一起，但这需要大量的工作和一点运气。”“为了让讨论和合作更有条理，我们有一个专门的Slack频道，从第一次观察到论文提交约3个月后，该频道上有大约9000条信息。”
伽马射线暴是太空中能量最高的爆炸，它们可以由不同的烟火现象产生，比如大质量恒星的死亡，或者紧凑的死亡恒星之间的相互作用，比如中子星或黑洞。自2008年以来，天文学家已经观测到一些千新星伽马射线暴，他们认为它们是由两颗中子星之间或中子星与黑洞之间的合并爆发的。
大多数生命所必需的重元素，如碳、磷或氧，都是在恒星的肚子里产生的。当恒星死亡时，它们将这些物质喷射到太空中，在那里它们合并成新的行星系统。当死亡恒星的残骸在千新星事件中碰撞时，它们会产生自己的一套元素物质，比如金、铂和铀。通过这种方式，构成恒星、行星和地球上所有生命的物质主要是由我们古老恒星长辈的遗骸以某种方式构成的。
JWST对GRB 230307A的观测显示，千新星可以产生重化学元素，如碲、碘和钍，这对地球上的许多生命形式都是至关重要的。这一发现提供了一个诱人的线索，关于我们这个星球上生命的潜在起源，也许在宇宙的其他地方。
“碘对哺乳动物至关重要，它控制着甲状腺功能，但在其他地方也有抗氧化作用，”Levan解释说。事实上，在文献中，甚至有一些建议认为，所谓的“最后的普遍共同祖先”——地球上所有生命都是从单细胞生物进化而来的——需要它。现在，我认为我们并不确定，但它提出了一个问题，即我们所知道的生命是否需要一些重元素，如果它们使各种进化路径更容易，或者是否存在根本不需要碘的变通方法。”
“当超新星在年轻恒星中爆炸时，低质量恒星(如太阳)仍然在它们周围形成，中子星合并发生在更长的时间尺度上，通常在宇宙中更遥远的地方，”他补充说。“这意味着这些重元素可以被纳入恒星、行星甚至生命的时间尺度可能更长。如果一些对生命至关重要的元素的形成延迟很长(如果是这样的话，这仍然是一个悬而未决的问题)，那么它可能会对宇宙中何时何地可能出现复杂生命产生影响。”
除了有趣的元素输出外，GRB 230307A的长持续时间挑战了这些史诗级碰撞的模型，并促使科学家们对其奇怪的光谱特征提出新的解释。
莱万说:“令人惊讶的是，它的爆发如此明亮、如此漫长，以至于它可以由两颗致密恒星的合并形成。”“这个领域公认的观点是，大质量恒星的坍缩会形成明亮、漫长的爆发，而两颗致密恒星的结合会产生更微弱、更短的爆发。去年，有第一个证据表明情况并非如此，但我当然没有想到，有史以来第二亮的爆发竟然来自合并。”
Levan和他的同事们希望通过探索涉及黑洞或超大质量中子星的合并来解释这些长期存在的事件，或者甚至可能调用新的物理学。在科学家们能够明确了解kilonova在生命出现中的作用之前，还有很多工作要做。与此同时，天文学家还有很多其他的问题，他们希望解决或限制这些死恒星之间令人难以置信的美丽和神秘的合并。
“这项工作的一个基本挑战是中子星和它们的千新星的合并非常罕见，”Levan说。“这意味着我们已经研究了其中的一些，这只是第二个案例，有人已经采取了一个光谱(第一个已经在JWST的波长范围内)。”还有很大的发现空间，因为不同事件之间可能存在很多差异。”
“在未来，我们需要更多的目标，并在它们发生后的数百天内，用JWST和其他设施对它们进行研究，”他总结道，并指出目前有许多类似的任务正在进行中。“最终，我们希望对千新星进行足够详细的解剖，以挑选出在那里形成的所有不同元素，以及每种元素的含量。如果我们能做到这一点，我们就可以测试它们是否制造了一些、大部分或所有我们周围看到的重元素，我们最终将能够说出元素周期表上的每一个元素是在哪里制造的。”
