钻石都能人工合成了，黄金怎么还不行？

最近，黄金市场迎来剧烈波动，不知道你是不是也在格外关注？

据世界黄金协会，截至 2025 年底，全球已开采黄金总量约为 21.6万至 22 万吨[1]——能填满大约四个半奥运游泳池（长 50 米、宽 25 米、深 2 米）。

图源：央视新闻

一直以来，黄金都是财富的象征。不仅如此，它还是极其重要的工业原料之一。黄金有着极佳的导电性、导热性和延展性，这使得它被广泛应用于手机、电脑、芯片等电子产品的核心部件中（可回顾往期文章《男子用 SIM 卡炼出 190 多克黄金，废旧 SIM 卡里能“提炼”黄金？），以保障信号传输的稳定性；在航天领域，它可以用于制作航天器涂层，抵御宇宙射线和极端温度；在医疗领域，黄金合金用于制作假牙、心脏支架等器械，兼具生物相容性与耐用性。此外，黄金还用于防伪印刷、精密仪器制造等多个领域……

天然金矿。图库版权图片，转载使用可能引发版权纠纷

但你有没有想过，黄金到底是怎么来的？

地球没这个本事。

我们身边的大多数元素，比如构成空气的氧、构成生命的碳、构成钢铁的铁，其诞生地都在恒星内部——恒星就像宇宙中天然的“熔炉”，通过核心的核聚变反应，将轻元素（氢、氦）一步步锻造成更重的元素（除了氢氦之外的元素，如碳、氮、氧、硅、铁等等）。

不过，恒星的“锻造能力”也有一个明确的上限，也就是天文学上所说的“铁极限”：当恒星内部的核聚变进行到铁元素时，就会彻底停止。元素周期表中铁之后的所有元素，都无法通过恒星内部正常的核聚变产生。

想要把铁原子变成比它更重的元素——比如金、铂这些贵金属，不仅不会释放能量，反而需要吞噬巨量的能量。这种能量级别，远超任何恒星内部的环境，哪怕是宇宙中质量最大的恒星，也无法达到这样的条件。

很长一段时间，天文学家怀疑金子来自一种极端事件：两颗中子星的碰撞。

死亡恒星的终极碰撞

所谓“中子星”，是大质量恒星死亡后留下的残骸。恒星燃尽核燃料后，在自身引力作用下急剧坍缩，核心的物质被压缩到极致。一颗典型的中子星，直径大约只有 20 千米（相当于一座城市的大小），质量却有 1.4 个太阳那么重，一勺中子星物质就有几亿吨重。

当两颗中子星在引力作用下螺旋靠近、最终猛烈相撞时，撞击瞬间的温度和压力足以把物质锻造成金、铂这些贵金属。2017 年，天文学家第一次亲眼“看到”了这个过程。

2017 年 8 月 17 日，美国的 LIGO 引力波探测器与欧洲的 VIRGO 探测器同时捕捉到一组引力波信号，仅仅 1.7 秒后，费米伽马射线太空望远镜也探测到了一次伽马射线暴。随后，全球约 70 个地面及空间望远镜从红外、X光、紫外和射电等多个波段开展后续观测，确认了该信号来自双中子星并合事件，发生于长蛇座星系 NGC4993 ，距离地球 1.3 亿光年。

这次观测证实，碰撞产物中确实含有大量重元素[2]。

美国国家科学基金会、美国LIGO等提供的效果图显示两个并合中的中子星。图片来源：新华社

“并合中的并合”——“宇宙郊区”的秘密

金子的来源算是找到了。但紧接着冒出一个新问题：天文学家在很多星系的外围区域发现，那里的恒星体内也含有金和铂。这就奇怪了。星系外围是宇宙的郊区，恒星稀少，超新星爆发也少，按道理不该有那么多重元素。这些金子是从哪儿来的？

最近，一项新发表于《天体物理学杂志快报》的研究，为这个难题给出了一个可能的答案。

2023 年 9 月 6 日，搭载于费米卫星上的伽马射线暴监测器捕捉到了一次短暂而猛烈的伽马射线暴，并将其记录为 GRB 230906A 。伽马射线暴是宇宙中最剧烈的爆炸之一，而持续时间短的那种，通常就是中子星碰撞的信号。

费米望远镜视野很广，但定位不够精确。接下来，尼尔·格雷尔斯雨燕天文台接棒，把位置缩小了一些。然后钱德拉 X 射线天文台登场，用了 18 个半小时的曝光，把爆发源的坐标精确锁定。

坐标定下来后，天文学家把哈勃太空望远镜对准那个位置，结果看到了一个出人意料的场景：那里有一个极其微弱、极其微小的星系，藏在一条长达60 万光年的巨大气体流中。我们的银河系直径大约 10 万光年，这条气体流的长度是银河系的六倍。

这幅艺术家绘制的插图展示了一群距离我们约85亿年的星系合并景象。其中一个星系中一对合并的中子星引发了一次千新星爆发，产生了可能是迄今为止探测到的最遥远的伽马射线暴。图片来源：Maria Cristina Fortuna/NASA/钱德拉X射线中心。

这条气体流本身就是一场更古老的碰撞留下的遗迹。几亿年前，一群星系发生了碰撞，巨大的引力潮汐把气体和尘埃从各个星系中扯了出来，甩进星系际空间，形成了这条壮观的气体长河。而就在这条长河中，被扯出来的物质慢慢聚集、冷却、坍缩，诞生了一个小小的星系。

故事到这里开始变得精妙。这个小星系里诞生了很多恒星，其中有两颗大质量恒星走完了一生，坍缩成了中子星。这两颗中子星在引力的驱使下越转越近，经过漫长的螺旋，终于撞在了一起。碰撞产生了那道伽马射线暴的闪光，也产生了金、铂等重元素，抛洒在星系的外围和星系际空间中。

一场碰撞催生了另一场碰撞。星系碰星系，扯出一条气体河；气体河里长出小星系；小星系里两颗中子星再碰到一起，把新造的金子撒向四方。这条因果链横跨几亿年，串起了从星系尺度到原子核尺度的两场暴力事件。

宇宙的“炼金术”

而那个困扰天文学家的问题——星系边缘的恒星里为什么会有金子——现在有了一个漂亮的解释。类似 GRB 230906A 这样发生在星系外围甚至星系际空间中的中子星碰撞，可以在远离星系中心的地方就地生产重元素。这些元素混入周围的气体，等到下一代恒星从这些气体中诞生时，金和铂就自然而然地出现在了它们体内。

47 亿光年之外，一个藏在气体河流深处的小星系里，两颗死去的恒星留下的残骸完成了最后一次碰撞，造出了一批黄金，然后消散在星际空间中，等待被未来的恒星收纳。整个过程没有任何目的，纯粹是引力和核物理按规则运行的结果。但就是这套规则，让宇宙在最荒凉的角落也能炼出真金。

参考文献

[1] https://www.gold.org/goldhub/data/how-much-gold?utm_medium=email&utm_source=newsletter&utm_campaign=GOLDHUB%3A+Your+Weekly+Gold+Market+Round-up%2C+March+22%2C+2024

[2] https://baijiahao.baidu.com/s?id=1581440390226754196&wfr=spider&for=pc

[3]https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ae2a2f#artAbst

策划制作

作者丨Steed 天文科普创作者

审核丨黄崧 清华大学天文系副教授