歷史上，黃金因其稀有性和稀有性吸引了眾多“煉金術(shù)士”。他們一直想“把普通材料變成黃金”，日夜在煉金爐邊上忙碌，但無論他們怎么努力，都無法實現(xiàn)把普通金屬變成貴金屬的夢想。

不僅人類很難把石頭變成金子，有時候連恒星的“大熔爐”也產(chǎn)不出金子。我們幾乎都知道，動物、植物、礦物，各種金屬，當然也包括黃金，地球上幾乎所有的元素都來自太空。

然而，在大爆炸后的最初幾分鐘內(nèi)，只產(chǎn)生了周期表的前四種元素：氫、氦、鋰和鈹。所有比鈹重的元素都是由恒星內(nèi)部的核聚變形成的，但這一過程在鐵形成后就停止了，因為鐵原子核是所有重元素中最穩(wěn)定的。

那么，比鐵重的黃金在宇宙中從何而來呢？

重金屬的來源

為了得到比鐵重的元素，需要使用一個小的“助手”——中子。這是因為中子不帶電，當它們轟擊鐵芯時，更容易與鐵芯結(jié)合。

中子轟擊鐵心時有兩種情況：“快中子俘獲”“慢中子俘獲”和。當種子核（如鐵核）捕獲一個中子時，就會形成一個質(zhì)量為1、質(zhì)子數(shù)恒定的同位素核。然而，最早形成的原子核幾乎是極其不穩(wěn)定的，將經(jīng)歷β衰變（即釋放一個電子）。因為電子攜帶一單位的負電荷，衰變后原子核的原子序數(shù)增加1。這樣，元素周期表的元素就形成了，緊靠著種子核。這個過程被稱為“慢中子俘獲”，也稱為“s過程”。將產(chǎn)生鍶、鋇、鉛和其他元素。這種反應通常發(fā)生在中子流強度相對較低（或中子較少）時。

快中子俘獲，又稱R過程，是種子核（如鐵核）俘獲中子形成質(zhì)量為1、質(zhì)子數(shù)恒定的同位素核的過程。在新核發(fā)生β衰變之前，它俘獲了第二和第三個中子，形成了質(zhì)量增加的同位素核。直到質(zhì)量大到不能再大，β衰變才會發(fā)生。這個過程會產(chǎn)生比較重的元素，包括鈾元素和金元素。這種反應通常發(fā)生在中子流強度較高（或更多中子）時。

一般來說，慢中子俘獲是指一個中子進入并衰變一次；快中子俘獲是指一次俘獲多個中子并衰變一次。

顯然，為了生產(chǎn)黃金，“s過程”必須在宇宙深處進行。如果“s過程”可能發(fā)生，則必須滿足以下條件：

首先，應該有一個沒有雜質(zhì)的相對純凈的中子源。

其次，需要一個重元素原子核（比如鐵）作為“起始種子”來“捕獲”這些中子。

最后，這些物質(zhì)需要在極其高溫的環(huán)境中熔化。最好是在大爆炸的環(huán)境中，因為黃金需要以高速從恒星中拋出，才能長途旅行。

第一位煉金術(shù)士：超新星

根據(jù)這些線索，科學家發(fā)現(xiàn)了隱藏在宇宙深處的第一位煉金術(shù)士：超新星。

大質(zhì)量恒星的核心不斷融合，形成較重的元素。起初，聚變產(chǎn)生的熱膨脹力足以抵抗巨大的重力。然而，當核聚變繼續(xù)到鐵的階段時，由于進一步核聚變的失敗，恒星的熱膨脹力喪失，因此恒星在重力的作用下坍縮，坍縮過程中產(chǎn)生巨大的能量，稱為超新星爆炸。

當超新星發(fā)生爆炸時，恒星其內(nèi)部的核心被強大的重力擠壓，內(nèi)部的質(zhì)子和電子被迫熔合形成中子，從而將核心變成中子星。當然，中子星也可用作純中子源。噴出的恒星物質(zhì)富含鐵和熱量，符合上述第二和第三個條件。

上世紀90年代，科學家們用電腦模型模擬了這一壯麗景象。當一顆大質(zhì)量恒星的核心坍縮半秒時，它將繼續(xù)噴射中子超過一分鐘。同時，鐵心將不斷捕獲中子，產(chǎn)生令人垂涎的貴金屬，以及周期表底部的各種重金屬。

幾十年來，超新星爆炸并產(chǎn)生黃金的觀點最令人信服。然而，隨著計算機模型越來越精確，人們發(fā)現(xiàn)“煉金術(shù)士”超新星的能力可能有限，因為中子星發(fā)射的中子似乎太少，只能建造一個小“拱頂”，這還不足以解釋宇宙中這么多大的“拱頂”。

例如，美國和歐洲共同體1985年發(fā)射的一顆衛(wèi)星曾經(jīng)探測到一顆含金量非常高的恒星。這顆星位于巨蟹座，雙子座以東，獅子座以西。它距離我們居住的地球16.9億光年，是太陽的9倍大。科學家推測，其表面有超過10000億噸的黃金，是地球上黃金含量的100多萬倍。超新星爆炸顯然不足以產(chǎn)生如此大量的黃金。

這樣，科學家就必須回到起點。但他們堅信中子星是黃金生產(chǎn)中最重要的部分。因為在宇宙中，只有中子星才有這么多中子。問題是中子星有很強的引力場。我們怎樣才能使中子星發(fā)射出大量的中子？

更偉大的“煉金術(shù)士”

1974年，射電天文學家首次發(fā)現(xiàn)了第一個雙中子星系統(tǒng)。它們相互旋轉(zhuǎn)，如果一旦失去能量，這就意味著它們總有一天會相撞。

試想，在兩顆中子星最終合并成一顆更大的中子星或黑洞之前，在最后幾次旋轉(zhuǎn)中，它們會不會受到彼此巨大潮汐力的影響而噴出大量物質(zhì)？那是宇宙中最大的黃金來源。

哥倫比亞大學的理論天體物理學家用計算機模擬再現(xiàn)了煉金的輝煌景象。在核聚變之前，每顆中子星后面都有一條長尾，它將被加熱到數(shù)十億攝氏度。重核可以在大約一秒鐘內(nèi)形成。在這些中子星碎片中有如此多的中子，每一個都是一個非常大的核（這個核中沒有質(zhì)子，只有中子）。實際上，我們可以把整個中子星看作一個非常大的原子核。但是這些中子星碎片是不穩(wěn)定的。它們會不斷“腐爛”。衰變后，它們很容易形成金和鉑等重元素。

中子星聚變和超新星爆炸都能產(chǎn)生黃金。但這兩位煉金術(shù)士的能力大不相同。超新星爆炸能產(chǎn)生相當于月球大小的黃金，而中子星聚變則能產(chǎn)生類似木星大小的黃金，比前者多出數(shù)萬倍！兩顆中子星的聚變是宇宙中最大的“煉金術(shù)士”！

哈佛-史密森天體物理中心的天文學家觀測到了由兩顆中子星碰撞引起的短時伽馬射線爆發(fā)。在持續(xù)數(shù)日的爆炸聲中，科學家們發(fā)現(xiàn)了包括黃金在內(nèi)的大量重元素。它的含金量大約是月球質(zhì)量的100倍！

有很多爭議

中子星聚變是宇宙中最偉大的“煉金術(shù)士”？

其實沒那么簡單。有些科學家認為這樣的天文事件非常罕見。與超新星爆炸不同，兩顆中子星的聚變需要兩顆中子星的偶然碰撞，這種概率每一億年才發(fā)生一次。用這樣一個小概率事件來解釋宇宙中黃金的主要來源似乎是不可靠的。

支持超新星爆炸理論的科學家認為，如果超新星在強磁場的驅(qū)動下爆炸，中子的噴發(fā)可能會越來越快，使鐵核更容易俘獲中子，產(chǎn)生的黃金量可能會更大。另外，超新星爆炸非常頻繁，也許超新星是宇宙黃金的主要締造者。

現(xiàn)在科學家們正嘗試找到證據(jù)來證明他們的觀點。例如，超新星爆炸后，它們的內(nèi)核可以凝結(jié)成星際塵埃粒子，然后墜落到地球上，在深海中沉淀。看看星際塵埃中金的比例和深海塵埃中金的比例是否一致。這表明地球上所有的金元素都來自超新星爆炸。如果不是，地球上可能還有其他的黃金來源。在中子星聚變之前，它會對時空產(chǎn)生巨大的影響并產(chǎn)生引力波?？茖W家可以“聽”引力波獲取中子星的聚變信息，也可以通過捕捉短伽馬射線爆發(fā)來跟蹤中子星的聚變時間。這樣，我們就可以知道中子星聚變產(chǎn)生的金的數(shù)量。

不管最終的結(jié)果是什么，也許科學家們會找到另一位煉金術(shù)士，但現(xiàn)在我們可以找到一個更浪漫的原因，為什么黃金如此吸引人，那就是我們戴著來自深空的星塵碎片。