為什麼中子星碰撞能製造出黃金？

文：Ent

20世紀的大部分時間裡，天體物理學家認為自己已經找到了這個問題的答案：金子，正如所有的重元素一樣，是在超新星爆發中誕生的；在這個高溫高壓的熔爐里，較輕的元素被強制聚變，才有了金這個質子數高達79的怪物。

但是隨著超新星計算機模型越來越好，大家發現一個問題——超新星產生金這個級別的重元素的能力，並不強。想要產生金子，就需要更強的刺激源。

越來越多的天文學家盯上了「雙中子星併合」這樣一個現象。

當兩個中子星撞在一起的時候，應該既足以產生金，又能把金拋灑出去讓其中微乎其微的一小部分最終流落到地球上。

宇宙誕生後不久有了質子和中子，然後它們差不多自發地變成了氫、氦和鋰，但也就到此為止。恆星的誕生令這頭三個元素可以進一步聚變並放出能量，但是這個聚變到了鐵就又不得不停止。

鐵是最穩定的元素，繼續變大反而會變得不穩定，不但不能放出能量，還需要在極端環境下投入巨大能量才能做出更重的東西，譬如我們都想要的銀、鉑和金。唯有持續不斷地加入中子，比衰變的速度快，才能產生金子這個級別的最重元素，不然只能得到比鐵稍微重的元素，例如鉛。

中子星碰撞合併完美契合這個需求，根據模型估算，這樣的一次相撞，應該能產生300個地球那麼重的黃金。地球上的大部分貴金屬應該都是很久以前這樣的過程帶來的。研究者預測這種相撞還會產生巨量放射性元素，它們的衰變將在短時間內發出大量的光，亮度應該能達到新星的1000倍左右，因此這個相撞現象又被稱為「千新星」。

著名天文學家卡爾·薩根曾經說過一句十分形象的話：「我們都是星塵。」地球上的生命乃至整個地球都是來自上一代恆星爆炸之後的殘餘物。在宇宙從大爆炸中創生之後的最初階段，宇宙中的元素幾乎只有氫（約佔75%）和氦（約佔25%），以及極少量的鋰（約佔0.0000001%）。但我們知道，地球上幾乎包含了元素周期表中的所有天然元素，那麼，包括金在內的這些元素是如何產生的呢？

這一切與恆星有關，氫和氦聚集在一起形成恆星。在恆星的中心區域，氫通過核聚變形成氦，同時放出光和熱，恆星在此階段可以持續很長的時間，我們的太陽目前就是處於這個階段。當恆星中心區域的氫耗盡時，氦將會通過核聚變形成碳。如果恆星的質量小於1.44倍的太陽質量，它將不會再繼續核聚變反應，中心將會坍縮成白矮星。如果恆星的質量較大，碳還會進一步聚變成氖，氖聚變成鎂。此後是氧聚變成硅，硅聚變成鐵，而鐵進一步發生核聚變反應所需的能量大於所能放出的能量，所以核聚變反應無法再維持下去，恆星將會爆發成超新星，中心將會坍縮成中子星或者黑洞。

天文學家認為，只有諸如超新星爆發、中子星碰撞這樣的高能宇宙事件才能使核聚變反應更進一步，從而產生更重的元素，這其中包括金和鉑等重元素。就在不久前，激光干涉引力波天文台（LIGO）探測到了中子星碰撞所產生的引力波（GW170817），並且在可見光、無線電波、X射線和伽馬射線波段也都探測了這一起事件。通過分析，天文學家發現這次中子星碰撞產生了50倍地球質量的銀、100倍地球質量的金以及500倍地球質量的鉑。

宇宙大爆炸產生很多基本粒子，質子中子電子是最基本的幾個，單質子捕獲一個電子就是簡單的氫原子，一個質子一個中子加一個電子就是氦原子，高於這兩者的元素都是恆星形成後核聚變產生的，在形成鐵元素之前的氫元素其聚變反應都是放熱反應，而鐵之後的元素要合成都要大量的熱，這也是恆星開始有輕元素後來越來越多重元素導致能量消耗，最後引力坍塌形成中子星的原因！金元素也是在這個過程形成的！由於原子量大，故含量較少

其實這個問題可以這樣回答:因為我們想要黃金.重元素的人工合成耗能巨大,我們造黃金沒有性價比.中子星相撞能量巨大,使得重元素形成的概率增加,這當中不只是黃金,只是我們更多地關注了黃金.