回顾：中子星并合意味着什么？一次可以甩出重达13个地球质量的黄金

黄金哪里来？

黄金，从古代开始便作为一般等价物进行资源交换的重要金属。

不管是金属制造还是经济需求，黄金在今天仍然是十分重要的金属。

自然界中的黄金

不过地球的黄金是有限的，更多的资源在太空里。

当我们在了解黄金的同时，不知有多少人想过黄金到底是怎么来的？

或者说它的真正出处在哪里，这种昂贵的贵金属在今天为何仍然不常见？

如今科学家通过多年的研究，终于找到了黄金诞生的地点，中子星。

最初科学家对中子星合并时产生的引力波进行研究，但是这份研究后来延伸至对宇宙重金属元素的起源思考。

艺术创作下的中子星合并

引力波作为广义相对论的一项结果，但在太空中，只有类似黑洞、中子星这样的天体才能够制造出来。

因为它们的密度足够大，所产生的引力甚至可以扭曲空间。

科学家预测，中子星作为恒星结束时特殊天体，当两颗中子星发生碰撞时，它们会在元素周期表中产生比镍和铁更重的元素，并在它们向内盘旋的时候发出引力波。

这种时空涟漪带来的结果便是中子星合并，中子星的碰撞将为这些重型元素提供产生的环境，例如铂、铀和黄金等。

为了查明这一具体现象和对理论的认证，科学家利用激光干涉引力波天文台，以及意大利的处女座干涉仪进行联合观察。

这样的搜索最终将科学家带向了距离地球1.3亿光年外的九头蛇星座的椭圆星系NGC4993中。

引力波源则被命名为GW170817，命名格式主要依据日期进行命名。

英国莱斯特大学的科学家解释道，中子星碰撞将产生高放射性火球。

理论上讲，中子星在剧烈的碰撞过程中，亚原子粒子的较重元素会被粉碎然后融合在一起。

相关研究人员利用光谱仪看到了中子星红外光所揭示出来的重元素光谱，这里面有大量的物质被释放出来。

作为研究宇宙重物质和地球物质起源的一部分，这无疑是一个重要发现。

科学家还指出，两颗中子星碰撞带来的重元素虽然仅是这一过程的微小部分，但其中的黄金和铂金的质量就相当于地球质量的10倍。

仅是中子星碰撞带来的纯固体贵金属就超过了100个地球质量，事实证明中子星在制造重元素方面十分优秀。

一旦这些元素出现在附近，它们就会随着小行星合并，例如地球这样的天体应该就是在碰撞中聚集到如此多的重元素，由此带来了大量的黄金。

科学家观察记录到的光学曲线

“炮仗”一响，黄金万两

在宇宙中，恒星要想成为中子星并不容易，任何星系的主序星初始质量至少得是太阳质量的8倍才有可能产生中子星。

随着恒星逐渐远离主序带，内核的燃烧会产生富含铁的核心。

当恒星内部的所有可以支持核聚变的材料耗尽时，恒星内部就必须依赖简并压力支撑自己。

钱德拉塞卡极限表现曲线

一旦这种堆积带来的压力超过钱德拉塞卡极限，电子简并压力被克服，核心进一步坍塌，此时的温度会异常高。

在此条件下，恒星内部的铁核被高能伽马射线分解成α粒子。

随着温度的升高，电子和质子通过电子捕获形成中子，并释放出大量的中微子。

中微子事件可以具象化

当内部密度达到4×1017 kg/m3时，排斥力和种子简并压力的结合会使恒星停止收缩，恒星外层被中子产生的中微子流阻止并向外抛射，最终成为超新星或者中子星。

中子星作为一种十分特殊的天体，它的质量和温度都高得令人意外。

不过随着时间的推移，中子星的内部温度会逐渐降低。

中子星的自转速度会以每秒数百次进行运动，部分中子星还会发出电磁辐射，使其成为脉冲星。

过去科学家们认为，超新星爆炸可能是宇宙中重元素由来的重要原因。

重元素比起其他较轻的元素在宇宙的星系中更少，越重的元素越明显。

这是由于恒星很难制造它们，恒星除了维持自身的能量和运转，避免在自身重量的影响下坍塌。

恒星内部的核聚变会在反应之初融合出氢和氦，后来经过元素转化成为碳和氧。

但是这些反应的能量最多只能到达铁这样的地步，再往上就没办法了，因为制造更重的元素需要更多的能量。

但在超新星爆炸中，科学家认为它所释放的能量足以产生更重的元素。

不同天体表现出的效果各不相同

因此在上世纪50年代，科学家们认为慢中子捕获过程，也就是s过程可能是重元素产生的由来。

但很快科学家发现，s过程不能解释黄金、银、铂以及更重的金属来源。

要想让它们很好地出现，就必须是在快速流动的中子轰击铁核时合成而来。

快速中子捕获过程也被称作r过程，它负责产生大约一半比铁更重的原子核，也就是重元素。

r过程中的核物理

不过在那个时候要想研究r过程十分困难，首先是实验条件根本达不到，再者也没人真正观察到r过程的出现。

因为就实验机制来讲，参与s过程的同位素具有足够长的半衰期，可以在实验室中进行研究。

另外s过程主要发生在普通恒星中，这意味着它很常见。

其中中子通量足以让中子捕获以10~100年重复一次。

相比之下，对每秒就要捕获100次的r过程来讲，s过程速度十分缓慢，这也就导致它很难在实验室中进行。

中子星的脉冲表现

黄金即是星星

这样的讨论经过了几十年，直到2017年发现的GW170817才最终证实了科学家们的猜想。

中子星合并产生的可见光为其带来的研究素材，同时还有大量的r过程元素放射性衰变。

当两颗中子星相互靠近时，由于引力辐射的影响它们会向内盘旋。

最终合并成更大质量的中子星或者黑洞，具体的结果取决于残余物质量是否超过“托尔曼-奥本海默-沃尔科夫极限”。

合并事件能在1毫秒内产生比地球强数万亿倍的磁场，由此出现短暂的伽马射线爆。

简单来讲，中子星合并就是一种天体碰撞。

蟹状星云中心的中子星

正如我们前面所说，宇宙早期的轻型元素形成相对较快，因引力的作用它们融入到了恒星之中。

恒星的运动将其氢融合成氦，氦变成碳，以此类推，质量更大的恒星能将原子核一直融合成为铁。

就像元素周期表展现的那样，越重的元素需要更加强大的碰撞能量。

只要反应发生得足够快，以至于在更多的中子被添加到原子核之前，放射性衰变就不会有机会发生。

中子星合并带来的碰撞是爆炸性般的改变，它会产生一个以光速20%~30%的速度向外膨胀的物质壳，并且大部分材料都是由新元素组成。

元素周期表中的元素揭示了这一过程

这些元素会吸收特定波长的光，所以科学家便能够利用这一点来对其进行对比查看。

哪些波长被哪些物质吸收了多少，并将它们与我们所发现或制造出来的特定元素进行对比。

不过要想证明元素与光谱之间的对应性还是比较困难的，因为科学家目前还没有完全掌握元素周期表中较重元素的光谱外观。

但就已经观察到的光谱来讲，科学家可以对其进行建模，并创建一个合成光谱，由此可以更深入地了解其对应的元素外观。

至少就现在的发现来看，黄金无疑是中子星合并的一部分。

锶元素大概就是这么来的

同样的发现还有350~850纳米波长的锶元素，中子星合并同样会带来大量的锶，这大概是地球质量的5倍多。

在GW170817事件被确认后，目前的天体物理模型表明，单个中子星合并事件可能会产生3~13个地球质量的黄金。

尽管目前的天体物理模型还有很多地方需要完善，至少现在我们明白，他人口中的金牙或者脖子上的金项链，或许正是上一次中子星合并产生的结果。