1.7秒就能產出200顆地球重的黃金,還有礦泉水的精華——鍶

重元素從哪裡來?

恆星的能量來自核聚變,相信很多朋友已經知道了。

但同樣是從氫開始的聚變,每一顆恆星的程度是不同的,像太陽這麼大的恆星最多隻能生成氦、碳和極少量的氧就會停止核聚變,這是因為太陽的溫度不夠,無法啟動更高階的聚變。

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如果是比太陽大好幾倍的巨型恆星,其內部的聚變的鏈條是這樣的:氫(H)→氦(He)→碳(C)→氧(O)→氖(Ne)→鎂(Me)→硅(Si)→硫(S)→鈣(Ca)→鐵(Fe)。不過這根鏈條也會在積累鐵的時候迎來終結。

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因為從鐵開始後的元素聚變是吸收能量的。一但恆星中已經開始積累鐵了,內核的能量供應就會下降,而恆星中的絕大多數物質其實是被核心吹脹起來的,一但失去託力也就會向中央掉落。我們都知道物體在高處比低處有更多的能量,這些氣體也是如此,一但掉落就會釋放巨大的熱能,將所有積累的重核元素一下子瞬間聚變,成為一場巨大的爆炸,也就是超新星爆發。

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那麼我們現在一定發現了一個問題,目前恆星中可以生產的元素似乎到鐵就結束了,可是我們地球上就有幾乎元素週期表上所有的天然元素,那些鐵之後的元素是從哪裡來的呢?比如,閃閃發亮的黃金?

落紅不是無情物,化作春泥更護花。

像太陽這樣比較小的恆星死後會留下一顆白矮星,而大於三倍太陽質量同時小於八倍太陽質量的恆星死後會留下一顆中子星。

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不要以為這就是一切的終結了,有些故事其實才剛剛開始,中子星中藏著地球生機勃勃的秘密。

之前我們說到恆星的內核發生聚變產生能量,而外層物質則被“吹脹”了起來,那麼如果太空中有很多不能發生聚變的物質呢?它們就只能在引力的作用下強力地吸引在一起,變成一個極致密的球,因為原子都被引力壓塌了,質子與電子發生電性中和變成了中子,所以我們叫它中子星。

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在宇宙中有一些與我們太陽不太一樣的雙星系統,就是兩個恆星組成的、彼此圍繞著旋轉的系統,它們在先後死亡後就可能留下兩個中子星,如果因為一些來自其它區域的擾動,它們之間的平衡就有可能被破壞,進而撞到一起去!

這就是中子星合併,也是宇宙中最極端的天文現象之一,又名千新星爆發。

中子星的合併與我們想象中行星撞擊完全不同,因為中子星都是在高速旋轉的,有些甚至可以達到光速的25%!它極高的轉速會從兩極噴射出非常高能的電磁波,所以中子星也叫脈衝星。這樣兩個高速旋轉的天體撞到一起,它們的飛濺出來的物質也會和電磁波一樣,以極高的旋轉速度從兩極端噴射而出。

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而絕大多數鐵之後的元素也在這一次極劇烈,極狂暴的核反應中生產出來。中子星強大的動能讓噴射物中充滿了高密度的自由中子流,這些中子可以直接“塞”到鐵元素的原子核中變成一些巨大而不穩定的原子核,這些原子核內多餘的中子進一步發生β衰變,化為質子與電子,就成為了各種高階元素。

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觀測到的證據

這本來是一個理論上假設,但在2017年的8月,發現引力波的大功臣,LIGO天文臺和意大利的處女座探測儀合力捕獲到了一箇中子星合併的引力波,發生在1.3億光年外的NGC4993號星系中。這次合併事件全過程僅僅1.7秒,但根據計算至少創造出了大約200個地球質量的黃金,總的重元素佔到了太陽質量的6%,相當豐富。

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之後的費米伽瑪射線望遠鏡也探測到了本次事件,天文學家們給事件命名為GW170817,而合併後留下的殘骸——也就是千新星,其編號為AT2017GFO。通過光譜探測,天文學家發現其中含有大量的重元素,從證據上確立了重元素來自中子星的合併。

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在這之後的兩年裡,天文學家一直對這顆千新星進行著持續的研究,不久前,一個天文學科研團隊將一篇有關該千新星的研究成果發佈在了頂級學術期刊《自然》上,他們發現中子星合併產物中含有鍶元素,這是一種在地球上也相當罕見,但是對人體健康有著非凡意義的微量元素,對骨骼和牙齒的發育有重要幫助。

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一般市場上銷售的礦泉水也會主打鍶元素的含量,通常為0.2毫克每升,這些極微小而重要的元素都是來自太陽系形成之前的某一次中子星合併,細細一想,真是令人神遊太古,心醉意迷呀……

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