重元素從哪里來？

恒星的能量來自核聚變，相信很多朋友已經(jīng)知道了。

但同樣是從氫開始的聚變，每一顆恒星的程度是不同的，像太陽這么大的恒星最多只能生成氦、碳和極少量的氧就會停止核聚變，這是因?yàn)樘柕臏囟炔粔?，無法啟動更高階的聚變。

如果是比太陽大好幾倍的巨型恒星，其內(nèi)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(shí)候迎來終結(jié)。

因?yàn)閺蔫F開始后的元素聚變是吸收能量的。一但恒星中已經(jīng)開始積累鐵了，內(nèi)核的能量供應(yīng)就會下降，而恒星中的絕大多數(shù)物質(zhì)其實(shí)是被核心吹脹起來的，一但失去托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(fā)。

那么我們現(xiàn)在一定發(fā)現(xiàn)了一個(gè)問題，目前恒星中可以生產(chǎn)的元素似乎到鐵就結(jié)束了，可是我們地球上就有幾乎元素周期表上所有的天然元素，那些鐵之后的元素是從哪里來的呢？比如，閃閃發(fā)亮的黃金？

落紅不是無情物，化作春泥更護(hù)花。

像太陽這樣比較小的恒星死后會留下一顆白矮星，而大于三倍太陽質(zhì)量同時(shí)小于八倍太陽質(zhì)量的恒星死后會留下一顆中子星。

不要以為這就是一切的終結(jié)了，有些故事其實(shí)才剛剛開始，中子星中藏著地球生機(jī)勃勃的秘密。

之前我們說到恒星的內(nèi)核發(fā)生聚變產(chǎn)生能量，而外層物質(zhì)則被“吹脹”了起來，那么如果太空中有很多不能發(fā)生聚變的物質(zhì)呢？它們就只能在引力的作用下強(qiáng)力地吸引在一起，變成一個(gè)極致密的球，因?yàn)樵佣急灰核?，質(zhì)子與電子發(fā)生電性中和變成了中子，所以我們叫它中子星。

在宇宙中有一些與我們太陽不太一樣的雙星系統(tǒng)，就是兩個(gè)恒星組成的、彼此圍繞著旋轉(zhuǎn)的系統(tǒng)，它們在先后死亡后就可能留下兩個(gè)中子星，如果因?yàn)橐恍﹣碜云渌鼌^(qū)域的擾動，它們之間的平衡就有可能被破壞，進(jìn)而撞到一起去！

這就是中子星合并，也是宇宙中最極端的天文現(xiàn)象之一，又名千新星爆發(fā)。

中子星的合并與我們想象中行星撞擊完全不同，因?yàn)橹凶有嵌际窃诟咚傩D(zhuǎn)的，有些甚至可以達(dá)到光速的25%！它極高的轉(zhuǎn)速會從兩極噴射出非常高能的電磁波，所以中子星也叫脈沖星。這樣兩個(gè)高速旋轉(zhuǎn)的天體撞到一起，它們的飛濺出來的物質(zhì)也會和電磁波一樣，以極高的旋轉(zhuǎn)速度從兩極端噴射而出。

而絕大多數(shù)鐵之后的元素也在這一次極劇烈，極狂暴的核反應(yīng)中生產(chǎn)出來。中子星強(qiáng)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(wěn)定的原子核，這些原子核內(nèi)多余的中子進(jìn)一步發(fā)生β衰變，化為質(zhì)子與電子，就成為了各種高階元素。

觀測到的證據(jù)

這本來是一個(gè)理論上假設(shè)，但在2017年的8月，發(fā)現(xiàn)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個(gè)中子星合并的引力波，發(fā)生在1.3億光年外的NGC4993號星系中。這次合并事件全過程僅僅1.7秒，但根據(jù)計(jì)算至少創(chuàng)造出了大約200個(gè)地球質(zhì)量的黃金，總的重元素占到了太陽質(zhì)量的6%，相當(dāng)豐富。

之后的費(fèi)米伽瑪射線望遠(yuǎn)鏡也探測到了本次事件，天文學(xué)家們給事件命名為GW170817，而合并后留下的殘骸——也就是千新星，其編號為AT2017GFO。通過光譜探測，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)其中含有大量的重元素，從證據(jù)上確立了重元素來自中子星的合并。

在這之后的兩年里，天文學(xué)家一直對這顆千新星進(jìn)行著持續(xù)的研究，不久前，一個(gè)天文學(xué)科研團(tuán)隊(duì)將一篇有關(guān)該千新星的研究成果發(fā)布在了頂級學(xué)術(shù)期刊《自然》上，他們發(fā)現(xiàn)中子星合并產(chǎn)物中含有鍶元素，這是一種在地球上也相當(dāng)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(fā)育有重要幫助。

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并，細(xì)細(xì)一想，真是令人神游太古，心醉意迷呀……