大家好，我是魅力科學(xué)君，今天我們要聊的話題是：一項近日發(fā)表在《天體物理學(xué)雜志快報》的最新研究表明，宇宙中的黃金，可以由一種奇特的天體大量生成。好的，我們不說廢話，這就開講。
在過去的研究中，科學(xué)家已經(jīng)知道，宇宙中的“超新星爆發(fā)”和中子星碰撞，可以產(chǎn)生大量的黃金。
其原理簡單來講就是，在這些事件中，會短暫地產(chǎn)生中子密度極高的環(huán)境，進而使“快中子俘獲”成為可能，顧名思義，“快中子俘獲”就是原子核在短時間迅速俘獲大量的中子，在此過程中，原子核會迅速增大并進行一系列衰變，從而生成大量比鐵更重的元素，其中也包括了黃金。
但問題在于，根據(jù)已知的觀測數(shù)據(jù)，以“超新星爆發(fā)”和中子星碰撞發(fā)生的頻率，并不足以完全解釋宇宙中黃金的豐度，換句話來講就是，如果僅憑這兩種機制，宇宙中不應(yīng)該存在我們現(xiàn)在觀測到的這么多的黃金。
所以一個合理的推測就是，宇宙中應(yīng)該還有其他的黃金生成機制，是什么呢？實際上，這正是此次研究的內(nèi)容。根據(jù)研究人員的介紹，此次研究表明，宇宙中的黃金，可以由一種被稱為“磁星”（Magnetar）的奇特天體大量生成。
簡單來講，在大質(zhì)量恒星發(fā)生“超新星爆發(fā)”的過程中，其核心的物質(zhì)會被擠壓到極致，以至于電子和質(zhì)子被壓在一起變成中子，進而形成一個極為致密的核心，這種核心通常都會在“超新星爆發(fā)”后“幸存”下來，并演化成一種主要由中子構(gòu)成的致密天體。
這樣的天體被稱為“中子星”，它們的密度極高，其直徑通常只有10多公里，質(zhì)量通常都在太陽質(zhì)量的1.35到2.1倍之間。
而“磁星”則是“中子星家族”中的一種奇特的存在——它們不僅密度極高，還擁有極為強大的磁場，其磁場強度可以高達1千萬億高斯（10^15高斯），作為對比，我們地球的磁場強度，只有大約0.25至0.65高斯。
需要知道的是，“中子星”并不是全是由中子構(gòu)成，通常來講，中子的質(zhì)量約為其總質(zhì)量的95%左右，其它的質(zhì)量則主要來自一些原子核（例如鐵），除此之外，還有一些質(zhì)子和電子，它們主要集中在“中子星”的外層。
作為“中子星”中的一員，“磁星”也不例外，它們也有一個由超高密度的原子核以及質(zhì)子、電子構(gòu)成的“地殼”。
但與其他“中子星”不同的是，“磁星”的“地殼”承受著內(nèi)部極端的物質(zhì)狀態(tài)和外部強大磁場的巨大壓力和扭曲，所以當達到一定程度時，它們的“地殼”就可能被撕裂，進而導(dǎo)致極為猛烈的震動，而這樣的現(xiàn)象，就是所謂的“星震”。
研究人員提出理論稱，當“磁星”發(fā)生“星震”時，其內(nèi)部（特別是緊鄰“地殼”下方的區(qū)域）可能會被瞬間加熱到一個極高的溫度，并釋放出大量的中子，與此同時，其“地殼”中的原子核也會大量“松動”，但它們會被超強的磁場限制在一個有限的特定區(qū)域，這樣一來，這些原子核就可以通過“快中子俘獲”生成大量包括黃金在內(nèi)的重元素。
不過這僅僅是第一步，因為這些“新生”的重元素必須被拋射到宇宙空間中，才能成為宇宙塵埃的一部分，最終參與到新恒星、行星的形成。而這個拋射過程，正是由伴隨“星震”發(fā)生的“巨型耀斑”（Giant Flare）完成的。
“巨型耀斑”是“磁星”的一種非常劇烈的爆發(fā)事件，它能在幾秒鐘內(nèi)釋放出相當于太陽在幾萬年甚至幾十萬年內(nèi)釋放的總能量，這種爆發(fā)會產(chǎn)生強大的伽馬射線暴和X射線暴，同時也會將“磁星”在“星震”中產(chǎn)生的那些重元素以極高的速度拋射到廣闊的宇宙空間中。
由于理論的提出需要觀測證據(jù)的支持，因此該研究團隊在提出了該理論后，就開始致力于尋找符合理論預(yù)測的觀測數(shù)據(jù)。
根據(jù)該理論的預(yù)測，如果“磁星”的“巨型耀斑”拋射了大量的重元素，那么在它們之中，就必然會存在很多不穩(wěn)定重原子核，如此一來，其發(fā)生放射性衰變時就應(yīng)該會產(chǎn)生特定的伽馬射線信號。
于是研究人員將目光鎖定在了發(fā)生在2004年12月27日的一次伽馬射線暴事件上，根據(jù)介紹，此次事件來自一顆名為“SGR 1806-20”的“磁星”上發(fā)生的“星震”所產(chǎn)生的“巨型耀斑”，它是人類有史以來探測到的最強、觀測數(shù)據(jù)最詳細的伽馬射線暴之一。
研究結(jié)果表明，此次事件的伽馬射線譜線特征，與理論預(yù)測的那些不穩(wěn)定重原子核的衰變釋放出的伽馬射線信號幾乎“完美契合”，而這也就意味著，宇宙中的黃金，確實可以由這種奇特的天體大量生成。
根據(jù)估算，僅僅這一次“巨型耀斑”爆發(fā)，就產(chǎn)生了相當于地球質(zhì)量大約3分之1的重元素（其中當然包括了大量的黃金）。
研究人員表示，這是一個驚人的數(shù)字，雖然“磁星”的“巨型耀斑”并不算常見，但考慮到宇宙的浩瀚及其漫長的歷史，因此即使是較低頻率的爆發(fā)，也能為宇宙貢獻可觀的黃金儲備，據(jù)此我們也就可以已知宇宙中的黃金豐度進行更加合理的解釋。
參考資料：Direct Evidence for r-process Nucleosynthesis in Delayed MeV Emission from the SGR 1806–20 Magnetar Giant Flare，The Astrophysical Journal Letters, Volume 984, Number 1，Published 2025 April 29，DOI 10.3847/2041-8213/adc9b0
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