在整個(gè)宇宙中，有多少像這樣的輝煌噴發(fā)？我們還不知道。到目前為止，只有少數(shù)幾個(gè)千新星被探測到。美國宇航局即將推出的南希·格雷斯·羅曼太空望遠(yuǎn)鏡將每隔幾天對(duì)天空中的相同區(qū)域進(jìn)行勘測，這將有助于研究人員跟進(jìn)探測，甚至準(zhǔn)確定位千新星的。理想情況下，這將掀起一場關(guān)于這一神秘的宇宙現(xiàn)象的新信息的"淘金熱"。

 

　　羅曼太空望遠(yuǎn)鏡是美國宇航局的一個(gè)觀測站，旨在揭開暗能量和暗物質(zhì)的秘密，搜索和成像系外行星，并探索紅外天體物理學(xué)的許多課題。資料來源：美國國家航空航天局

　　羅曼望遠(yuǎn)鏡如何掃描引人注目的爆炸

 

　　當(dāng)密度最大、質(zhì)量最大的恒星--也是超級(jí)小的恒星--相互碰撞或與黑洞碰撞時(shí)會(huì)發(fā)生什么？它們會(huì)發(fā)出燦爛的爆炸，被稱為千新星?？梢园堰@些事件看作是宇宙的天然煙火。理論家們懷疑它們會(huì)定期出現(xiàn)在整個(gè)宇宙中，無論是近處還是遠(yuǎn)處。科學(xué)家們很快就會(huì)有一個(gè)額外的觀測站來幫助跟蹤甚至偵察這些非凡的事件。美國宇航局的南希-格雷斯-羅曼太空望遠(yuǎn)鏡，它預(yù)計(jì)將于2027年5月發(fā)射。

 

　　在千新星中，關(guān)鍵的角色是中子星，即在超新星爆炸過程中在重力作用下坍縮的恒星的中心核心。它們每個(gè)都有類似于太陽的質(zhì)量，但直徑只有大約6英里（10公里），它們的密度大得驚人。當(dāng)它們碰撞時(shí)，它們發(fā)出的碎片以接近光速的速度移動(dòng)。這些爆炸也被認(rèn)為可以鍛造重元素，如金、鉑和鍶（這使得實(shí)際產(chǎn)生的"煙花"具有驚人的紅色）。這些元素射向太空，有可能使它們最終進(jìn)入形成地球等陸地行星地殼的巖石中。

 

　　美國宇航局的羅曼太空望遠(yuǎn)鏡將如何探測千新星？部分優(yōu)勢是由于該望遠(yuǎn)鏡的寬闊視野。羅曼的視野比哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的紅外視野大200倍。一旦羅曼在發(fā)射后開始定期觀測天空，計(jì)劃在2027年之前，研究人員期望能夠識(shí)別更多的這些壯觀的事件，包括附近和非常遙遠(yuǎn)的地方。盡管我們還不知道這些事件的發(fā)生率，但當(dāng)Roman的數(shù)據(jù)涌入時(shí)，我們將開始了解這些合并的頻率--以及結(jié)果如何。資料來源：NASA，Alyssa Pagan(STSCI)

 

　　天文界在2017年捕捉到了這些非凡的千新星事件中的一個(gè)。美國國家科學(xué)基金會(huì)激光干涉儀引力波觀測站（LIGO）的科學(xué)家們首先用引力波--時(shí)空的漣漪--探測到了兩顆中子星的碰撞。幾乎同時(shí)，美國宇航局的費(fèi)米伽馬射線太空望遠(yuǎn)鏡探測到了高能光。美國宇航局迅速轉(zhuǎn)向，用更廣泛的望遠(yuǎn)鏡群來觀察這一事件，并在一系列圖像中捕捉到了爆炸后不斷擴(kuò)大的碎片所發(fā)出的消逝的光芒。

 

　　但是這個(gè)例子中的參與者實(shí)際上是在我們的"后院"相撞的，至少在天文方面是這樣。它們只在1.3億光年之外。一定有更多的千新星--以及許多更遠(yuǎn)的千新星--點(diǎn)綴在我們不斷活動(dòng)的宇宙中。

 

　　北卡羅來納州達(dá)勒姆的杜克大學(xué)物理學(xué)助理教授丹尼爾-M-斯科爾尼奇說："我們還不知道這些事件的速率。Scolnic領(lǐng)導(dǎo)的一項(xiàng)研究估計(jì)了過去、現(xiàn)在和未來包括Roman在內(nèi)的觀測站可能發(fā)現(xiàn)的千禧年新星的數(shù)量。我們確定的單顆千里眼是典型的嗎？這些爆炸的亮度如何？它們發(fā)生在什么類型的星系中？現(xiàn)有的望遠(yuǎn)鏡不能覆蓋足夠廣泛的區(qū)域，也不能深入觀察，以發(fā)現(xiàn)更多的遙遠(yuǎn)的例子，但這將隨著羅曼的出現(xiàn)而改變。"

 

　　發(fā)現(xiàn)更多、更遙遠(yuǎn)的千新星

 

　　在這個(gè)階段，LIGO在識(shí)別中子星合并方面處于領(lǐng)先地位。它可以探測到天空中所有區(qū)域的引力波，但一些最遙遠(yuǎn)的碰撞可能太弱而無法被識(shí)別。羅曼將加入LIGO的搜索，提供互補(bǔ)性，幫助"填充"發(fā)現(xiàn)團(tuán)隊(duì)。羅曼是一種巡天望遠(yuǎn)鏡，它將反復(fù)掃描天空的相同區(qū)域。此外，Roman的視野比哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的紅外視野大200倍--雖然沒有LIGO那么大，但對(duì)于一個(gè)拍攝圖像的望遠(yuǎn)鏡來說是巨大的，它的節(jié)奏將使研究人員能夠發(fā)現(xiàn)天空中的物體何時(shí)變亮或變暗，無論是在附近還是非常遙遠(yuǎn)的地方。

 

　　羅曼將為研究人員提供一個(gè)強(qiáng)大的工具來觀察極遠(yuǎn)的千新星。這是由于空間的擴(kuò)張。數(shù)十億年前離開恒星的光線隨著時(shí)間的推移被拉伸成更長、更紅的波長，也就是所謂的紅外光。由于羅曼擅長捕捉近紅外光，它將探測到來自非常遙遠(yuǎn)的物體的光。它們有多遠(yuǎn)？位于新墨西哥州洛斯阿拉莫斯的洛斯阿拉莫斯國家實(shí)驗(yàn)室的博士后研究員Eve Chase解釋說："Roman將能夠看到一些千新星，其光線經(jīng)過了大約70億年才到達(dá)地球。Chase領(lǐng)導(dǎo)了一項(xiàng)最近的研究，該研究模擬了千新星拋射物的差異會(huì)如何改變我們從包括羅曼在內(nèi)的天文臺(tái)觀察到的情況。"

 

　　近紅外光還有一個(gè)好處：它提供了更多的時(shí)間來觀察這些短命的爆發(fā)。較短波長的光，如紫外線和可見光在一兩天內(nèi)就會(huì)從視野中消失。近紅外光可以收集一個(gè)星期或更長時(shí)間。研究人員一直在模擬數(shù)據(jù)，看看這將如何運(yùn)作。"對(duì)于模擬的千新星的一個(gè)子集，羅曼將能夠在中子星合并發(fā)生后的兩個(gè)多星期內(nèi)觀測到一些，"Chase補(bǔ)充說。"它將是觀察非常遙遠(yuǎn)的千新星的絕佳工具。"

 

　　很快，研究人員就會(huì)知道更多關(guān)于千新星發(fā)生的地點(diǎn)，以及這些爆炸在宇宙歷史上發(fā)生的頻率。那些更早發(fā)生的是否在某些方面有所不同？Scolnic說："Roman將使天文學(xué)界開始進(jìn)行群體研究，同時(shí)對(duì)這些爆炸的物理學(xué)進(jìn)行一系列新的分析。"

 

　　巡天望遠(yuǎn)鏡提供了巨大的可能性--同時(shí)也提供了大量的數(shù)據(jù)，需要精確的機(jī)器學(xué)習(xí)。天文學(xué)家們正在通過編寫代碼來應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，使這些搜索自動(dòng)化。最終，羅曼的海量數(shù)據(jù)集將幫助研究人員揭開也許是迄今為止關(guān)于千新星的最大謎團(tuán)：兩顆中子星碰撞后會(huì)發(fā)生什么？它是產(chǎn)生一顆中子星、一個(gè)黑洞，還是其他完全不同的東西？有了羅曼，我們將收集研究人員需要的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，以取得實(shí)質(zhì)性的突破。