世纪谜题终于破解！

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翻译：申振宇

校对：杨宜修 刘海牧

审阅：李宜骅

美编：徐玖坤

后台：胡永葳

一项新的研究显示，宇宙中的死亡恒星可能比之前认为的更早开始产生巨量黄金，而强大的磁星耀斑可能是其重要原因。

一颗磁星爆发出的巨大能量，可能会锻造出重金属元素。

图源：NASA/JPL-Caltech

科学家们可能最终找到了早期宇宙中黄金的来源。

《天体物理学杂志通讯》周二（4月29日）的一篇论文中描述了研究人员们的发现。这项新的研究揭示了具有巨大磁场和强大耀斑的中子星（也被称为“磁星”）可能在宇宙大爆炸后不久就开始“锻造”黄金，而这比之前科学家们普遍认为的时间点要早得多。

长期以来，科学家们一直对宇宙中存在着大量黄金感到困惑。研究人员已经知道，坍缩的恒星和黑洞的碰撞融合会释放出重金属元素。在2017年，天文学家首次观察到两颗超高密度恒星遗迹中子星的碰撞融合。这次灾难性的碰撞发生在1.3亿光年之外，它发出的闪光光谱中含有重金属元素的特征，其中就包括铂和数量惊人的黄金。

尽管2017年的事件解释了宇宙中黄金的丰度，但它无法解释宇宙早期黄金和重金属元素是如何形成的，因为宇宙早期并没有足够的时间让中子星发生合并。

现在，科学家们终于认为他们可以解释黄金和其他重金属元素最初是如何在太空中产生和分布的了。

该研究的合著者、路易斯安那州立大学物理学和天文学副教授埃里克·伯恩斯在美国宇航局的一份声明中说：“这项研究回答了一个世纪难题。”

产生于极端大爆炸

磁星在宇宙早期就存在了，根据研究作者估计，这些磁星可能贡献了银河系中所有比铁重元素的含量的10%以上。

研究人员利用美国宇航局和欧洲航天局望远镜20年来的数据，找到了宇宙中隐藏的黄金和重金属元素来源。根据2024年的一项研究结果，他们将研究范围聚焦到磁星，该研究发现磁星会在“星震”期间释放大量的辐射，形成巨大的耀斑，这些耀斑可以将包括重金属在内的物质从中子星的表层喷射到太空中。

伯恩斯说，上一次从地球观测到的巨大磁星耀斑是在2004年。当时，科学家们注意到从耀斑中发出了一个微弱的伽马射线信号，但没有人知道它是什么。

事实证明，这个微弱信号正是科学家们所期望的信号，即一颗磁星在一次巨大的耀斑中产生并抛出了重金属的信号。

据研究人员称，磁星巨大的耀斑产生大量的高能辐射，这可能是锻造金和其他比铁重的元素的关键。具体来说，这项新研究的作者认为，巨大耀斑中极高密度的中子可以将轻原子核转变为重原子核，从而在一个原子中同时引发多个核衰变反应。

原子携带质子和中子，它们分别决定元素的特性和质量。氢是元素周期表上最简单的原子，因为它只有一个质子。第二简单的元素氦有两个质子；锂有3个，以此类推。

在一定条件下，原子可以吸收一个额外的中子，这增加了原子的质量，使原子不稳定，并引发核衰变反应，促使中子转化为质子。当这种情况发生时，吸收中子的原子就多了一个质子，这就改变了它的特性，使它在元素周期表中向上移动。氢变成氦，氦变成锂，以此类推。

根据研究人员的说法，磁星的巨大耀斑给这一过程带来类似于涡轮增压的加速效果，因为中子的巨大密度可以使得原子同时吸收几个中子。因此，一个相对较轻的原子可能会突然转变成一个重得多的原子，促使包括黄金在内的重金属快速形成。

“想到我手机或笔记本电脑里的一些成分是在银河系历史中的某次极端大爆炸中形成的，这感觉太酷了。”该研究的主要作者、纽约哥伦比亚大学天体物理学博士生阿尼鲁德·帕特尔在声明中说。

研究人员的下一步计划是在更老的磁星耀斑数据中寻找进一步的线索。这将借助于美国宇航局的康普顿光谱仪和成像仪（COSI）任务开展跟进。该任务预计于2027年发射，它所用设备是一种宽视场伽马射线望远镜，将主要对宇宙中如磁星耀斑等高能现象开展研究。

https://www.livescience.com/space/astronomy/its-answering-one-of-the-questions-of-the-century-scientists-may-finally-know-where-the-oldest-gold-in-the-universe-came-from

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中子星与黑洞

图源：网络

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