倫倫的小blog

前言：

大家好，這邊要跟大家分享的是LIGO 最新的重要觀測結果，

也就是neutron star merger。

這次的觀測，不僅是天文學上極為重要的事件，

對於我的領域 -- nulcear physics 也是有突破性的發展。

雖然我本身做的比較是 nuclear structure的研究，

而不是特別專精於 nuclear astrophysics，

但是還是滿常接觸到這方面的演講，今天聽完來自UTK的 Prof. Andrew Steiner 的演講，

要跟大家用比較白話的方式分享什麼是 r-process,

還有為什麼 r-process 這麼吸引科學家的研究，

以及這次 LIGO 發表的結果，對於 r-process 的影響。

part1

什麼是 r-process

在 big bang 只後，宇宙中的物質只有 "H", "He", 還有少部分的 "Li"

其他的化學元素都是之後經由nucleosynthesis ( 中文翻成 核合成 )而來的。

比方說，原子核可以接收中子，然後再beta decay，就變成另外的原子核了。

(Figure from wiki)

這也是在nuclear physics 中所指的 s-process (slow neutron capture),

意思就是慢速的中子捕捉。但是並不是所以有化學元素都是由 s-process產生的。

r-process 指的是一種特別的的過程。

它得發生在環境中有非常大量中子的地方，而且中子撞上原子核的頻率相當大，

使得再原子核還沒beta decay前，就累積的非常多的中子，

使得原子核走上了不同的衰變路徑，而產生了s-process所不能製造出的原子核。

像是 Eu, U 等等的元素都是大多由 r-process所製造的。

 (Figure from wiki)

part2

科學家對於 r-process 的困惑。

科學家知道要產生我們觀測到宇宙物質的組成成分，

勢必某些元素( ex. Eu, Au, Ag...) 是得由 r-process產生的，

但是 r-process的地點卻是爭議不休。

主要分兩派的主張

(1) r-process是由 core collapse supernova explosion 來的

(2) r-process是由 neutron star merger 來的

neutron star merger 是兩個中子星撞在一起，他們的環境中自然有很多的中子，

但是科學家還不理解，為什麼 r-process 所產生的元素在古老的星系中也發現，

而neutron star 通常許要較久的時間才會產生。

LIGO's latest hit: Merging neutron stars

part3

LIGO的發現。

LIGO 偵測到 neutron star merger 發出的重力波以及 x-ray.

他們得出的估計是 neutron star merger 會吐出 0.001 to 0.01 solar mass的物質。

( 簡單的比喻，噴出的黃金元素就有一個地球這麼多)

他們聲稱由於吐出這麼多的 r-process的物質，

nuetron star merger 很可能是主要 r-process的來源。

這個不得了的聲稱阿。

意義上就是我們證實了某地方就是 r-process 元素的製造工廠。

一個在科學界上的大大大大謎題。

不過，我想這應該還不是最終的定論，

因為之前 supernova派反對的理由並還沒有被解決，

也就是 neutron star merger 需要較長的時間才產生。

題外：

這次LIGO發表的paper中，作者有3500+ 是歷史第二，

第一的是 Higgs boson 有 5300+ 的作者群。