曆史上，黃金因其稀有性和稀有性吸引了眾(zhong) 多“煉金術士”。他們(men) 一直想“把普通材料變成黃金”，日夜在煉金爐邊上忙碌，但無論他們(men) 怎麽(me) 努力，都無法實現把普通金屬變成貴金屬的夢想。

不僅(jin) 人類很難把石頭變成金子，有時候連恒星的“大熔爐”也產(chan) 不出金子。我們(men) 幾乎都知道，動物、植物、礦物，各種金屬，當然也包括黃金，地球上幾乎所有的元素都來自太空。

然而，在大爆炸後的最初幾分鍾內(nei) ，隻產(chan) 生了周期表的前四種元素：氫、氦、鋰和鈹。所有比鈹重的元素都是由恒星內(nei) 部的核聚變形成的，但這一過程在鐵形成後就停止了，因為(wei) 鐵原子核是所有重元素中最穩定的。

那麽(me) ，比鐵重的黃金在宇宙中從(cong) 何而來呢？

重金屬的來源

為(wei) 了得到比鐵重的元素，需要使用一個(ge) 小的“助手”——中子。這是因為(wei) 中子不帶電，當它們(men) 轟擊鐵芯時，更容易與(yu) 鐵芯結合。

中子轟擊鐵心時有兩(liang) 種情況：“快中子俘獲”“慢中子俘獲”和。當種子核（如鐵核）捕獲一個(ge) 中子時，就會(hui) 形成一個(ge) 質量為(wei) 1、質子數恒定的同位素核。然而，最早形成的原子核幾乎是極其不穩定的，將經曆β衰變（即釋放一個(ge) 電子）。因為(wei) 電子攜帶一單位的負電荷，衰變後原子核的原子序數增加1。這樣，元素周期表的元素就形成了，緊靠著種子核。這個(ge) 過程被稱為(wei) “慢中子俘獲”，也稱為(wei) “s過程”。將產(chan) 生鍶、鋇、鉛和其他元素。這種反應通常發生在中子流強度相對較低（或中子較少）時。

快中子俘獲，又稱R過程，是種子核（如鐵核）俘獲中子形成質量為(wei) 1、質子數恒定的同位素核的過程。在新核發生β衰變之前，它俘獲了第二和第三個(ge) 中子，形成了質量增加的同位素核。直到質量大到不能再大，β衰變才會(hui) 發生。這個(ge) 過程會(hui) 產(chan) 生比較重的元素，包括鈾元素和金元素。這種反應通常發生在中子流強度較高（或更多中子）時。

一般來說，慢中子俘獲是指一個(ge) 中子進入並衰變一次；快中子俘獲是指一次俘獲多個(ge) 中子並衰變一次。

顯然，為(wei) 了生產(chan) 黃金，“s過程”必須在宇宙深處進行。如果“s過程”可能發生，則必須滿足以下條件：

首先，應該有一個(ge) 沒有雜質的相對純淨的中子源。

其次，需要一個(ge) 重元素原子核（比如鐵）作為(wei) “起始種子”來“捕獲”這些中子。

最後，這些物質需要在極其高溫的環境中熔化。最好是在大爆炸的環境中，因為(wei) 黃金需要以高速從(cong) 恒星中拋出，才能長途旅行。

第一位煉金術士：超新星

根據這些線索，科學家發現了隱藏在宇宙深處的第一位煉金術士：超新星。

大質量恒星的核心不斷融合，形成較重的元素。起初，聚變產(chan) 生的熱膨脹力足以抵抗巨大的重力。然而，當核聚變繼續到鐵的階段時，由於(yu) 進一步核聚變的失敗，恒星的熱膨脹力喪(sang) 失，因此恒星在重力的作用下坍縮，坍縮過程中產(chan) 生巨大的能量，稱為(wei) 超新星爆炸。

當超新星發生爆炸時，恒星其內(nei) 部的核心被強大的重力擠壓，內(nei) 部的質子和電子被迫熔合形成中子，從(cong) 而將核心變成中子星。當然，中子星也可用作純中子源。噴出的恒星物質富含鐵和熱量，符合上述第二和第三個(ge) 條件。

上世紀90年代，科學家們(men) 用電腦模型模擬了這一壯麗(li) 景象。當一顆大質量恒星的核心坍縮半秒時，它將繼續噴射中子超過一分鍾。同時，鐵心將不斷捕獲中子，產(chan) 生令人垂涎的貴金屬，以及周期表底部的各種重金屬。

幾十年來，超新星爆炸並產(chan) 生黃金的觀點最令人信服。然而，隨著計算機模型越來越精確，人們(men) 發現“煉金術士”超新星的能力可能有限，因為(wei) 中子星發射的中子似乎太少，隻能建造一個(ge) 小“拱頂”，這還不足以解釋宇宙中這麽(me) 多大的“拱頂”。

例如，美國和歐洲共同體(ti) 1985年發射的一顆衛星曾經探測到一顆含金量非常高的恒星。這顆星位於(yu) 巨蟹座，雙子座以東(dong) ，獅子座以西。它距離我們(men) 居住的地球16.9億(yi) 光年，是太陽的9倍大。科學家推測，其表麵有超過10000億(yi) 噸的黃金，是地球上黃金含量的100多萬(wan) 倍。超新星爆炸顯然不足以產(chan) 生如此大量的黃金。

這樣，科學家就必須回到起點。但他們(men) 堅信中子星是黃金生產(chan) 中最重要的部分。因為(wei) 在宇宙中，隻有中子星才有這麽(me) 多中子。問題是中子星有很強的引力場。我們(men) 怎樣才能使中子星發射出大量的中子？

更偉大的“煉金術士”

1974年，射電天文學家首次發現了第一個(ge) 雙中子星係統。它們(men) 相互旋轉，如果一旦失去能量，這就意味著它們(men) 總有一天會(hui) 相撞。

試想，在兩(liang) 顆中子星最終合並成一顆更大的中子星或黑洞之前，在最後幾次旋轉中，它們(men) 會(hui) 不會(hui) 受到彼此巨大潮汐力的影響而噴出大量物質？那是宇宙中最大的黃金來源。

哥倫(lun) 比亞(ya) 大學的理論天體(ti) 物理學家用計算機模擬再現了煉金的輝煌景象。在核聚變之前，每顆中子星後麵都有一條長尾，它將被加熱到數十億(yi) 攝氏度。重核可以在大約一秒鍾內(nei) 形成。在這些中子星碎片中有如此多的中子，每一個(ge) 都是一個(ge) 非常大的核（這個(ge) 核中沒有質子，隻有中子）。實際上，我們(men) 可以把整個(ge) 中子星看作一個(ge) 非常大的原子核。但是這些中子星碎片是不穩定的。它們(men) 會(hui) 不斷“腐爛”。衰變後，它們(men) 很容易形成金和鉑等重元素。

中子星聚變和超新星爆炸都能產(chan) 生黃金。但這兩(liang) 位煉金術士的能力大不相同。超新星爆炸能產(chan) 生相當於(yu) 月球大小的黃金，而中子星聚變則能產(chan) 生類似木星大小的黃金，比前者多出數萬(wan) 倍！兩(liang) 顆中子星的聚變是宇宙中最大的“煉金術士”！

哈佛-史密森天體(ti) 物理中心的天文學家觀測到了由兩(liang) 顆中子星碰撞引起的短時伽馬射線爆發。在持續數日的爆炸聲中，科學家們(men) 發現了包括黃金在內(nei) 的大量重元素。它的含金量大約是月球質量的100倍！

有很多爭議

中子星聚變是宇宙中最偉(wei) 大的“煉金術士”？

其實沒那麽(me) 簡單。有些科學家認為(wei) 這樣的天文事件非常罕見。與(yu) 超新星爆炸不同，兩(liang) 顆中子星的聚變需要兩(liang) 顆中子星的偶然碰撞，這種概率每一億(yi) 年才發生一次。用這樣一個(ge) 小概率事件來解釋宇宙中黃金的主要來源似乎是不可靠的。

支持超新星爆炸理論的科學家認為(wei) ，如果超新星在強磁場的驅動下爆炸，中子的噴發可能會(hui) 越來越快，使鐵核更容易俘獲中子，產(chan) 生的黃金量可能會(hui) 更大。另外，超新星爆炸非常頻繁，也許超新星是宇宙黃金的主要締造者。

現在科學家們(men) 正嚐試找到證據來證明他們(men) 的觀點。例如，超新星爆炸後，它們(men) 的內(nei) 核可以凝結成星際塵埃粒子，然後墜落到地球上，在深海中沉澱。看看星際塵埃中金的比例和深海塵埃中金的比例是否一致。這表明地球上所有的金元素都來自超新星爆炸。如果不是，地球上可能還有其他的黃金來源。在中子星聚變之前，它會(hui) 對時空產(chan) 生巨大的影響並產(chan) 生引力波。科學家可以“聽”引力波獲取中子星的聚變信息，也可以通過捕捉短伽馬射線爆發來跟蹤中子星的聚變時間。這樣，我們(men) 就可以知道中子星聚變產(chan) 生的金的數量。

不管最終的結果是什麽(me) ，也許科學家們(men) 會(hui) 找到另一位煉金術士，但現在我們(men) 可以找到一個(ge) 更浪漫的原因，為(wei) 什麽(me) 黃金如此吸引人，那就是我們(men) 戴著來自深空的星塵碎片。



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