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宇宙链金术揭密:黄金并非来自中子星碰撞

来源:物理学网2020-09-21 18:39424

1572年,丹麦天文学家第谷在仙后座附近发现不寻常的亮恒星,这就是天文史上的「第谷超新星」,400年后的现在,第谷超新星已膨胀成巨大的星云,而这些星云中,应该生成了许多的重元素,包括黄金。 (图/NASA)

古代人一直相信,有一种秘术能够「点铁成金」,这就是链金术,西方的术士与中国的方士都着迷于此道。然而现实世界中,只有宇宙的强大力量能够创造出黄金,但是其理论与程序仍有几次修改,最近的理论认为,黄金可能不是中子星碰撞形成,而是超新星爆炸的产物。

物理学网报导,我们的宇宙中,最多的物质是氢,它们最早可能来自137亿年前的宇宙大爆炸(大霹雳),大爆炸的过程中,还产生了部分的氦,和唯一的金属元素锂(锂的原子序为3,是最轻的金属),但没有其他东西。

在锂之后的其余元素,是在第一批的恒星发光以后,在内部发生的核压缩过程而产生的。澳洲ARC物理学卓越中心(ARC Center of Excellence )的卡拉卡斯副教授(Professor Karakas )解释说:「宇宙里每一个发亮的恒星,都可以视为一座一座创造新元素的压力锅。」

在恒星的中心,巨大的力量正在压缩,把轻的、原子量小的元素,压缩成更重的、原子量多的元素。

产生这些元素的反应过程中,也提供了使恒星持续明亮发光数十亿年的能量,但是随着恒星的衰老,可使用的氢元素愈来愈少的时候,这些重元素必须以更高的温度才能进一步的链化,恒星也就走到了生命的晚期。

但是链化到铁的时候,情况发生改变,因为在铁之上的元素,必须吸收能量才能进行,这造成恒星的压力不稳定,最终引发恒星的剧烈爆炸,称为「超新星」,这场爆炸非常惊人,甚至具有毁灭数十光年的能力,然而在爆炸的过程中,强大的压力,又在创造许多比铁还要重的元素,比如黄金。

然而,在过去很长一段时间,天文学家认为,宇宙中的重元素颇为丰富,而超新星爆炸产生的重元素可能有限,因此他们设想,应该还有别的机制,在创造宇宙中的重元素。

天文物理学家认为,所有比铁重的元素(例如钍或是铀),有一半是由中子星相互碰撞而形成的,中子星是宇宙中最沉重的物体,仅次于黑洞,如果两个中子心相碰撞,有很大的机会,把更多的重元素给创造出来。

到了2017年,天文学家也证实了中子星确实会碰撞。但是,次数没有想象的多。卡拉卡斯研究中心的天文学家小林千明(Chiaki Kobayashi)和玛丽亚·卢加罗(Maria Lugaro)认为,中子星的作用可能被大大高估了,重元素的主要生成,仍然是超新星爆炸。

研究人员表示:「在宇宙的早期,中子星数量不足,无法产生足够多的重元素;然而,140亿年后的现在,中子星的碰撞机率仍然不高。也就是说,根本就没有足够的中子碰撞,可以说明如今元素的丰富。」

研究人员认为,超新星才是答案。当恒星走到末期时,有些恒星会在高速旋转中坍塌,并产生极强的磁场,这些强磁场能够使恒星步向超新星爆炸时,有更多的机会形成匪夷所思的压力,形成重元素的生成。

不过,研究人员表示,理论可能还有一些地方要修正,新理论模型中,银的产量过高,而金的产量却有不足。这意味着我们可能需要确定一种新型的恒星爆炸,或核反应状态。

然而,共同作者玛丽亚·卢加罗博士(Maria Lugaro),对新理论仍然深具信心,她认为失踪的黄金之谜可能很快就会解决,目前走在正确的解答方向,只是有细节需要修正。

她说:「预计包括欧洲,美国和日本在内的世界各地的核设施,都可能会有新发现,缺少黄金的天文物理问题,可以通过核物理实验来解决。」

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