最新研究：宇宙中的黄金，可以由一种奇特的天体大量生成

大家好，我是魅力科学君，今天我们要聊的话题是：一项近日发表在《天体物理学杂志快报》的最新研究表明，宇宙中的黄金，可以由一种奇特的天体大量生成。好的，我们不说废话，这就开讲。

在过去的研究中，科学家已经知道，宇宙中的“超新星爆发”和中子星碰撞，可以产生大量的黄金。

其原理简单来讲就是，在这些事件中，会短暂地产生中子密度极高的环境，进而使“快中子俘获”成为可能，顾名思义，“快中子俘获”就是原子核在短时间迅速俘获大量的中子，在此过程中，原子核会迅速增大并进行一系列衰变，从而生成大量比铁更重的元素，其中也包括了黄金。

但问题在于，根据已知的观测数据，以“超新星爆发”和中子星碰撞发生的频率，并不足以完全解释宇宙中黄金的丰度，换句话来讲就是，如果仅凭这两种机制，宇宙中不应该存在我们现在观测到的这么多的黄金。

所以一个合理的推测就是，宇宙中应该还有其他的黄金生成机制，是什么呢？实际上，这正是此次研究的内容。根据研究人员的介绍，此次研究表明，宇宙中的黄金，可以由一种被称为“磁星”（Magnetar）的奇特天体大量生成。

简单来讲，在大质量恒星发生“超新星爆发”的过程中，其核心的物质会被挤压到极致，以至于电子和质子被压在一起变成中子，进而形成一个极为致密的核心，这种核心通常都会在“超新星爆发”后“幸存”下来，并演化成一种主要由中子构成的致密天体。

这样的天体被称为“中子星”，它们的密度极高，其直径通常只有10多公里，质量通常都在太阳质量的1.35到2.1倍之间。

而“磁星”则是“中子星家族”中的一种奇特的存在——它们不仅密度极高，还拥有极为强大的磁场，其磁场强度可以高达1千万亿高斯（10^15高斯），作为对比，我们地球的磁场强度，只有大约0.25至0.65高斯。

需要知道的是，“中子星”并不是全是由中子构成，通常来讲，中子的质量约为其总质量的95%左右，其它的质量则主要来自一些原子核（例如铁），除此之外，还有一些质子和电子，它们主要集中在“中子星”的外层。

作为“中子星”中的一员，“磁星”也不例外，它们也有一个由超高密度的原子核以及质子、电子构成的“地壳”。

但与其他“中子星”不同的是，“磁星”的“地壳”承受着内部极端的物质状态和外部强大磁场的巨大压力和扭曲，所以当达到一定程度时，它们的“地壳”就可能被撕裂，进而导致极为猛烈的震动，而这样的现象，就是所谓的“星震”。

研究人员提出理论称，当“磁星”发生“星震”时，其内部（特别是紧邻“地壳”下方的区域）可能会被瞬间加热到一个极高的温度，并释放出大量的中子，与此同时，其“地壳”中的原子核也会大量“松动”，但它们会被超强的磁场限制在一个有限的特定区域，这样一来，这些原子核就可以通过“快中子俘获”生成大量包括黄金在内的重元素。

不过这仅仅是第一步，因为这些“新生”的重元素必须被抛射到宇宙空间中，才能成为宇宙尘埃的一部分，最终参与到新恒星、行星的形成。而这个抛射过程，正是由伴随“星震”发生的“巨型耀斑”（Giant Flare）完成的。

“巨型耀斑”是“磁星”的一种非常剧烈的爆发事件，它能在几秒钟内释放出相当于太阳在几万年甚至几十万年内释放的总能量，这种爆发会产生强大的伽马射线暴和X射线暴，同时也会将“磁星”在“星震”中产生的那些重元素以极高的速度抛射到广阔的宇宙空间中。

由于理论的提出需要观测证据的支持，因此该研究团队在提出了该理论后，就开始致力于寻找符合理论预测的观测数据。

根据该理论的预测，如果“磁星”的“巨型耀斑”抛射了大量的重元素，那么在它们之中，就必然会存在很多不稳定重原子核，如此一来，其发生放射性衰变时就应该会产生特定的伽马射线信号。

于是研究人员将目光锁定在了发生在2004年12月27日的一次伽马射线暴事件上，根据介绍，此次事件来自一颗名为“SGR 1806-20”的“磁星”上发生的“星震”所产生的“巨型耀斑”，它是人类有史以来探测到的最强、观测数据最详细的伽马射线暴之一。

研究结果表明，此次事件的伽马射线谱线特征，与理论预测的那些不稳定重原子核的衰变释放出的伽马射线信号几乎“完美契合”，而这也就意味着，宇宙中的黄金，确实可以由这种奇特的天体大量生成。

根据估算，仅仅这一次“巨型耀斑”爆发，就产生了相当于地球质量大约3分之1的重元素（其中当然包括了大量的黄金）。

研究人员表示，这是一个惊人的数字，虽然“磁星”的“巨型耀斑”并不算常见，但考虑到宇宙的浩瀚及其漫长的历史，因此即使是较低频率的爆发，也能为宇宙贡献可观的黄金储备，据此我们也就可以已知宇宙中的黄金丰度进行更加合理的解释。

参考资料：Direct Evidence for r-process Nucleosynthesis in Delayed MeV Emission from the SGR 1806–20 Magnetar Giant Flare，The Astrophysical Journal Letters, Volume 984, Number 1，Published 2025 April 29，DOI 10.3847/2041-8213/adc9b0