宇宙深处似乎在源源不断迸发黄金：揭开宇宙黄金的神秘起源！
大家好，我是科学羊🐏。
我们今天聊聊宇宙话题。
黄金（化学式-Au)，自古以来就是人类好奇和追求的焦点，不仅是因为它独特的光泽和稀有性，还因为它背后的神秘起源。
印加文明将黄金视为神圣的眼泪。
古希腊哲学家亚里士多德将其归因于硬化的水。
人类对黄金的起源有着各种各样的解释。即便是科学的先驱，如我们之前 所谈，艾萨克·牛顿，晚年时也试图用神秘的炼金术将其他物质转化为黄金。
曾经的印加帝国
这些故事，无论是关于侏儒怪用稻草纺金的童话，还是关于神话中的黄金，都深深植根于人类文化中。
01 黄金究竟是怎么来的？
现代天体物理学给了我们一个全新的视角来探索这个古老的谜团。
科学家们已经确定，地球上的黄金大约在40亿年前由一系列被称为“晚期重轰炸期”的陨石撞击带到地球上。说是陨石，也有可能彗星携带的黄金元素。
其实，不只是黄金，组成我们身体的元素，曾经是星尘。
不过，具体来说黄金的宇宙起源仍然是个有争议的话题。
长期以来，超新星爆炸被认为是制造黄金和元素周期表中其他重元素的关键过程。
红色代表r生成的元素 | 图片来自Lucy Reading-Ikkanda/Quanta Magazine
但，随着计算机算力模型的发展，科学家们开始怀疑这一理论的有效性，认为大多数超新星爆炸并不足以产生黄金，从而引发了一场关于宇宙中黄金起源的新辩论。
这场辩论中的一个新观点是，两颗中子星的合并可能是重元素，包括黄金的重要来源。
这一理论提出，中子星的融合过程中释放出的巨大能量和物质，为宇宙提供了丰富的重元素。
另一方面，一些科学家认为，尽管普通的超新星可能不足以产生黄金，但更为特殊的超新星事件仍有可能做到。
为了解开这个谜团，天体物理学家们正在从各个角度寻找线索，包括使用计算机模拟、伽马射线望远镜以及深海中的锰结壳来追踪宇宙中重元素的来源。
02 什么是中子星？
参考图片来自wiki
中子星（neutron star），是恒星演化到末期，经由引力坍缩发生超新星爆炸之后，可能成为的少数终点的产物之一。
恒星在核心的氢、氦、碳等元素于核聚变反应中耗尽，并最终转变成铁元素后，便无法再从聚变反应中获得能量。
失去热辐射压力支撑的外围物质受重力牵引会急速向核心坠落，有可能导致外壳的动能转化为热能向外爆发产生超新星爆炸，或者根据恒星质量的不同，恒星内部区域被压缩成白矮星、中子星或黑洞。
1957年，2位物理学家伯比奇夫妇、威廉·福勒和弗雷德·霍伊尔提出了一系列理论，解释了恒星的生命和死亡如何填补元素周期表的空缺，这意味着我们以及我们的身体组成元素，曾经是星尘，黄金也不例外。
宇宙大爆炸留下了氢、氦和锂，然后恒星将这些元素融合成更重的元素。
但这个过程在铁这种稳定元素上停止了，铁以上的元素需要通过中子轰击铁原子核来形成。
这个过程中，慢中子俘获（s过程）和快速中子俘获（r过程）分别形成了不同的元素。
s过程形成了锶、钡和铅等元素，而r过程则产生了铀和黄金等更重的元素。
伯比奇夫妇和他们的同事意识到，为了产生r过程元素，需要一个纯粹的中子源和重的“种子”原子核，以及一个炎热、密集的环境。
这些条件似乎指向了超新星，但随着研究的深入，超新星产生的条件似乎并不完全符合r过程元素的形成要求。
进入21世纪，随着科学技术的发展，中子星合并作为黄金来源的理论逐渐受到关注。
1974年，天文学家发现了第一个双中子星系统，揭示了中子星合并的可能性。在这种极端事件中，两颗中子星碰撞并融合，释放出大量物质，形成了黄金和其他重元素。
这一理论认为，中子星合并虽然罕见，但每次发生时都会产生大量的黄金，远超过超新星爆炸所产生的量。
图片来自Lucy Reading-Ikkanda/Quanta Magazine
为了进一步探索这一理论，天文学家开始在地球上寻找r过程元素的痕迹。
他们分析了深海地壳中的放射性铁-60，发现了过去1000万年中多个附近超新星的痕迹，但这些超新星似乎并不是r过程元素的主要来源。
此外，对古老恒星的观测也显示出r过程元素的不均匀分布，进一步支持了中子星合并理论。
尽管如此，中子星合并理论仍有其批评者。有人认为，中子星合并可能过于罕见，无法解释宇宙中观测到的所有r过程元素。
此外，还有一种可能性是中子星和黑洞的合并，这也是拉蒂默和施拉姆最初考虑的。
最终，答案可能是一种妥协，即超新星和中子星合并共同贡献于宇宙中黄金的形成。
LIGO原理图
随着LIGO等引力波探测设备的进步，我们可能很快就能揭开这个宇宙之谜，从而更好地理解黄金和其他重元素在宇宙中的起源。
这不仅是对黄金的迷人追踪，也是对宇宙深层次规律的探索。
总结：
我们可以从宇宙学和核物理的角度来探讨黄金的起源，其形成过程与宇宙中的极端事件密切相关。
1. 恒星内部的核合成：在恒星的生命周期中，较轻的元素（如氢和氦）通过核聚变反应在恒星内部合成更重的元素。
然而，这种过程仅能合成到铁（Fe）左右的元素。黄金作为一种比铁重的元素，其形成机制需要更加极端的条件。
2. 超新星爆炸：长期以来，科学家认为超新星爆炸是宇宙中形成重元素（包括黄金）的主要场所。
在超新星爆炸的过程中，恒星内部的温度和压力急剧上升，足以促使轻元素经历快速中子俘获（r过程），从而形成更重的元素。这个过程可以产生大量的黄金和其他重元素。
3. 中子星碰撞：近年来，天文学家发现中子星碰撞也是形成黄金和其他重元素的关键过程。
中子星是密度极高的恒星残骸，主要由中子组成。当两个中子星相互碰撞时，会释放出大量的中子，这些中子可以被原子核捕获，从而形成重元素。
2017年，天文学家首次观测到了中子星碰撞的光谱，确认了这一过程是宇宙中产生黄金和其他重元素的重要途径。
综上所述，黄金的起源与宇宙中最为剧烈的事件——超新星爆炸和中子星碰撞——密切相关。
这些过程不仅揭示了宇宙中元素的形成机制，也为我们理解宇宙的演化提供了重要线索。
其实吧，从经济学角度来看，无论你是啥东西，物当以稀为贵也，人也如此，加油！
好，今天就先这样啦~
科学羊🐏 2023/12/13
祝幸福~
参考文献：
[1]. 部分图片来自网络
[2]. A New Blast May Have Forged Cosmic Gold | Quanta Magazine
我已经有300+个科普知识啦，小目标1000+，欢迎大家关注，每天给你一个科普知识~
感恩遇见，喜欢的话点个【在看】，有你们的支持是我最棒的动力！
往期推荐