NASA罗曼太空望远镜如何探测绚丽的千新星爆炸？

　　如何确定发生在数百万甚至数十亿光年之外的巨大碰撞？首先，通过对大面积的天空进行调查。第二，通过与世界各地的观测站合作。科学家们一直在寻找千新星（Kilonovae），这是宇宙中上演的短暂但奇妙的灯光秀，是由两颗中子星或一颗中子星和一个黑洞相撞时引发的。这样的碰撞会引起巨大的爆发，发出明亮的光层和时空的涟漪。
　　在整个宇宙中，有多少像这样的辉煌喷发？我们还不知道。到目前为止，只有少数几个千新星被探测到。美国宇航局即将推出的南希·格雷斯·罗曼太空望远镜将每隔几天对天空中的相同区域进行勘测，这将有助于研究人员跟进探测，甚至准确定位千新星的。理想情况下，这将掀起一场关于这一神秘的宇宙现象的新信息的＂淘金热＂。
　　罗曼太空望远镜是美国宇航局的一个观测站，旨在揭开暗能量和暗物质的秘密，搜索和成像系外行星，并探索红外天体物理学的许多课题。资料来源：美国国家航空航天局
　　罗曼望远镜如何扫描引人注目的爆炸
　　当密度最大、质量最大的恒星--也是超级小的恒星--相互碰撞或与黑洞碰撞时会发生什么？它们会发出灿烂的爆炸，被称为千新星。可以把这些事件看作是宇宙的天然烟火。理论家们怀疑它们会定期出现在整个宇宙中，无论是近处还是远处。科学家们很快就会有一个额外的观测站来帮助跟踪甚至侦察这些非凡的事件。美国宇航局的南希-格雷斯-罗曼太空望远镜，它预计将于2027年5月发射。
　　在千新星中，关键的角色是中子星，即在超新星爆炸过程中在重力作用下坍缩的恒星的中心核心。它们每个都有类似于太阳的质量，但直径只有大约6英里（10公里），它们的密度大得惊人。当它们碰撞时，它们发出的碎片以接近光速的速度移动。这些爆炸也被认为可以锻造重元素，如金、铂和锶（这使得实际产生的＂烟花＂具有惊人的红色）。这些元素射向太空，有可能使它们最终进入形成地球等陆地行星地壳的岩石中。
　　美国宇航局的罗曼太空望远镜将如何探测千新星？部分优势是由于该望远镜的宽阔视野。罗曼的视野比哈勃太空望远镜的红外视野大200倍。一旦罗曼在发射后开始定期观测天空，计划在2027年之前，研究人员期望能够识别更多的这些壮观的事件，包括附近和非常遥远的地方。尽管我们还不知道这些事件的发生率，但当Roman的数据涌入时，我们将开始了解这些合并的频率--以及结果如何。资料来源：NASA，Alyssa Pagan (STSCI)
　　天文界在2017年捕捉到了这些非凡的千新星事件中的一个。美国国家科学基金会激光干涉仪引力波观测站（LIGO）的科学家们首先用引力波--时空的涟漪--探测到了两颗中子星的碰撞。几乎同时，美国宇航局的费米伽马射线太空望远镜探测到了高能光。美国宇航局迅速转向，用更广泛的望远镜群来观察这一事件，并在一系列图像中捕捉到了爆炸后不断扩大的碎片所发出的消逝的光芒。
　　但是这个例子中的参与者实际上是在我们的＂后院＂相撞的，至少在天文方面是这样。它们只在1.3亿光年之外。一定有更多的千新星--以及许多更远的千新星--点缀在我们不断活动的宇宙中。
　　北卡罗来纳州达勒姆的杜克大学物理学助理教授丹尼尔-M-斯科尔尼奇说：＂我们还不知道这些事件的速率。Scolnic领导的一项研究估计了过去、现在和未来包括Roman在内的观测站可能发现的千禧年新星的数量。我们确定的单颗千里眼是典型的吗？这些爆炸的亮度如何？它们发生在什么类型的星系中？现有的望远镜不能覆盖足够广泛的区域，也不能深入观察，以发现更多的遥远的例子，但这将随着罗曼的出现而改变。＂
　　发现更多、更遥远的千新星
　　在这个阶段，LIGO在识别中子星合并方面处于领先地位。它可以探测到天空中所有区域的引力波，但一些最遥远的碰撞可能太弱而无法被识别。罗曼将加入LIGO的搜索，提供互补性，帮助＂填充＂发现团队。罗曼是一种巡天望远镜，它将反复扫描天空的相同区域。此外，Roman的视野比哈勃太空望远镜的红外视野大200倍--虽然没有LIGO那么大，但对于一个拍摄图像的望远镜来说是巨大的，它的节奏将使研究人员能够发现天空中的物体何时变亮或变暗，无论是在附近还是非常遥远的地方。
　　罗曼将为研究人员提供一个强大的工具来观察极远的千新星。这是由于空间的扩张。数十亿年前离开恒星的光线随着时间的推移被拉伸成更长、更红的波长，也就是所谓的红外光。由于罗曼擅长捕捉近红外光，它将探测到来自非常遥远的物体的光。它们有多远？位于新墨西哥州洛斯阿拉莫斯的洛斯阿拉莫斯国家实验室的博士后研究员Eve Chase解释说：＂Roman将能够看到一些千新星，其光线经过了大约70亿年才到达地球。Chase领导了一项最近的研究，该研究模拟了千新星抛射物的差异会如何改变我们从包括罗曼在内的天文台观察到的情况。＂
　　近红外光还有一个好处：它提供了更多的时间来观察这些短命的爆发。较短波长的光，如紫外线和可见光在一两天内就会从视野中消失。近红外光可以收集一个星期或更长时间。研究人员一直在模拟数据，看看这将如何运作。＂对于模拟的千新星的一个子集，罗曼将能够在中子星合并发生后的两个多星期内观测到一些，＂Chase补充说。＂它将是观察非常遥远的千新星的绝佳工具。＂
　　很快，研究人员就会知道更多关于千新星发生的地点，以及这些爆炸在宇宙历史上发生的频率。那些更早发生的是否在某些方面有所不同？Scolnic说：＂Roman将使天文学界开始进行群体研究，同时对这些爆炸的物理学进行一系列新的分析。＂
　　巡天望远镜提供了巨大的可能性--同时也提供了大量的数据，需要精确的机器学习。天文学家们正在通过编写代码来应对这一挑战，使这些搜索自动化。最终，罗曼的海量数据集将帮助研究人员揭开也许是迄今为止关于千新星的最大谜团：两颗中子星碰撞后会发生什么？它是产生一颗中子星、一个黑洞，还是其他完全不同的东西？有了罗曼，我们将收集研究人员需要的统计数据，以取得实质性的突破。