地球上的黄金从何而来？新研究：黑洞的吸积盘或是“黄金工厂”！

轻元素和重元素的起源长期以来一直困扰着科学家。事实上，大多数元素都是在氢和氦结合形成恒星时形成的。随着这些恒星变得越来越热、质量越来越大，一些较重的元素在称为核合成的过程中形成——当恒星结束它们的生命时，它们正在发生变化。这些元素在超新星中被喷射到太空中。

但重元素（如银和金）还有其他存在方式，例如中子星之间碰撞的结果。中子星本质上是质量不足以凝结成黑洞的大质量恒星的残余物，体积小但密度极高——一茶匙中子星物质重约40亿吨。

那么宇宙有没有其他的方式来创造重元素呢？《皇家天文学会月刊》发表的一项研究表明，黑洞周围的吸积盘可能是一个巨大的“金厂”。

重元素究竟是如何在恒星内部形成的？

对恒星内部进行建模非常复杂，因为我们无法准确地将探测器发送到恒星内部以查看其功能。然而，宇宙学家认为，尽管元素是在大爆炸后不久形成的，但当时的条件还不足以让元素保持稳定。大约三四分钟后，早期宇宙已经膨胀并冷却到足以为电子留在原子核周围的轨道上创造条件，从而产生了最轻、最简单的化学元素——氢、氦和锂.它们聚集在一起形成巨大的气态云，然后在自身引力的作用下坍塌成为第一批恒星。在这些恒星的核心内部，当它们变得足够大时，核聚变就开始了。

核聚变是将轻元素转化为重元素的过程。氢也恰好是恒星本身的生命线，氢融合到其他元素的过程是保持恒星稳定的原因。一旦达到临界阈值并且恒星失去生存所需的氢燃料，恒星的质量决定了它变成什么样的物体。像太阳这样的小天体变成白矮星，中等大小的恒星变成中子星或脉冲星，最大质量的恒星坍缩成恒星质量的黑洞。

简单来说，只有更大的恒星才能产生更重的元素。这是因为这些恒星和我们的太阳一样，可以将它们的温度提高到比小恒星更高的温度。在这些恒星耗尽氢后，它们会根据产生的元素类型进行一系列核燃烧，例如氖燃烧、碳燃烧、氧燃烧或硅燃烧。在碳燃烧中，元素进行核聚变产生氖、钠、氧和镁。霓虹灯燃烧时会聚变，产生镁和氧……

这些元素，又会产生元素周期表上接近铁的元素——钴、锰和钌。然后通过上述元素的连续聚变反应生产铁和其他较轻的元素。不稳定同位素的放射性衰变也会发生。一旦铁形成，恒星核心的核聚变就会停止。

这是宇宙中最大恒星终结的开始。融合其他重元素，尤其是铁，需要大量的能量和热量。一旦铁开始在恒星核心聚变，它产生的能量比聚变过程用来抵消引力、保持恒星稳定并防止其自身坍缩的能量还要多。然后发生核心坍缩和超新星事件。当气体被喷射到太空中时，原子在超新星喷出的瞬间发生碰撞，尤其是中子。

一旦这些原子开始结合，放射性衰变就会带来问题：在原子核被更多中子轰击之前，中子必须非常快速地聚变。重元素是通过重“种子核”连续快速捕获中子而形成的，例如Fe-56（一种常见的铁同位素）或其他更富含中子的较重同位素。这个过程也被称为“快中子俘获过程”或“r-过程”。这个过程负责产生大约一半的“重元素”——比铁重的原子核。

那么，大自然的黄金是从哪里来的呢？

正如我们提到的，金和其他重元素长期以来一直被推测以几种不同的方式形成：广义上，要么在大质量恒星的核心中，当两颗中子星碰撞时，要么在超新星事件发生后进入太空的瞬间热气云。然而，一篇论文表明，黑洞可能正在创造地球上最珍贵的元素之一——黄金。

德国GSI亥姆霍兹重离子研究中心的天体物理学家OliverJust团队提出了一种理解重元素形成的新方法。他们认为重元素是在新生黑洞（吸积盘）周围的大量气体和尘埃中产生的。吸积盘是一种快速旋转的物质晕，它以高速绕黑洞旋转。

该团队通过精密的计算机模拟，系统地研究了大量吸积盘配置中中子和质子的转化率，我们发现只要满足一定条件，吸积盘中的中子就非常丰富。吸积盘质量越大，质子形成中子的频率就越高——因此更多的中子可用于产生重金属的核过程。

但是，如果吸积盘太大，逆反应会将中子转化回质子，阻碍“r过程”。而产生大量重元素的最佳吸积盘质量约为0.01至0.1个太阳质量。

地质学家在地球上45亿年前的岩石中发现了黄金，那是地球形成的时间，但不确定是如何发现的，因为太阳的质量几乎不足以将任何东西熔化成金或银。事实上，它不能融合任何比氧气更重的东西，氧气有8个质子。另一方面，黄金由79个质子组成。所以聚变需要大量的能量，而黑洞周围旋转的气体和尘埃中可能有足够的能量。

所以你戴在手指上的金戒指可能是数十亿年前由黑洞创造并被小行星和彗星运送到地球，或者它甚至可能存在于坍塌形成太阳的巨大云中.

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