宇宙鍊金術揭密:黃金並非來自中子星碰撞

1572年,丹麥天文學家第谷在仙后座附近發現不尋常的亮恆星,這就是天文史上的「第谷超新星」,400年後的現在,第谷超新星已膨脹成巨大的星雲,而這些星雲中,應該生成了許多的重元素,包括黃金。(圖/NASA)

古代人一直相信,有一種秘術能夠「點鐵成金」,這就是鍊金術,西方的術士與中國的方士都著迷於此道。然而現實世界中,只有宇宙的強大力量能夠創造出黃金,但是其理論與程序仍有幾次修改,最近的理論認為,黃金可能不是中子星碰撞形成,而是超新星爆炸的產物。

物理學網報導,我們的宇宙中,最多的物質是氫,它們最早可能來自137億年前的宇宙大爆炸(大霹靂),大爆炸的過程中,還產生了部分的氦,和唯一的金屬元素鋰(鋰的原子序為3,是最輕的金屬),但沒有其他東西。

在鋰之後的其餘元素,是在第一批的恆星發光以後,在內部發生的核壓縮過程而產生的。澳洲ARC物理學卓越中心(ARC Center of Excellence )的卡拉卡斯副教授(Professor Karakas )解釋說:「宇宙裡每一個發亮的恆星,都可以視為一座一座創造新元素的壓力鍋。」

在恆星的中心,巨大的力量正在壓縮,把輕的、原子量小的元素,壓縮成更重的、原子量多的元素。

產生這些元素的反應過程中,也提供了使恆星持續明亮發光數十億年的能量,但是隨著恆星的衰老,可使用的氫元素愈來愈少的時候,這些重元素必須以更高的溫度才能進一步的鍊化,恆星也就走到了生命的晚期。

但是鍊化到鐵的時候,情況發生改變,因為在鐵之上的元素,必須吸收能量才能進行,這造成恆星的壓力不穩定,最終引發恆星的劇烈爆炸,稱為「超新星」,這場爆炸非常驚人,甚至具有毀滅數十光年的能力,然而在爆炸的過程中,強大的壓力,又在創造許多比鐵還要重的元素,比如黃金。

然而,在過去很長一段時間,天文學家認為,宇宙中的重元素頗為豐富,而超新星爆炸產生的重元素可能有限,因此他們設想,應該還有別的機制,在創造宇宙中的重元素。

天文物理學家認為,所有比鐵重的元素(例如釷或是鈾),有一半是由中子星相互碰撞而形成的,中子星是宇宙中最沉重的物體,僅次於黑洞,如果兩個中子心相碰撞,有很大的機會,把更多的重元素給創造出來。

到了2017年,天文學家也證實了中子星確實會碰撞。但是,次數沒有想象的多。卡拉卡斯研究中心的天文學家小林千明(Chiaki Kobayashi)和瑪麗亞·盧加羅(Maria Lugaro)認為,中子星的作用可能被大大高估了,重元素的主要生成,仍然是超新星爆炸。

研究人員表示:「在宇宙的早期,中子星數量不足,無法產生足夠多的重元素;然而,140億年後的現在,中子星的碰撞機率仍然不高。也就是說,根本就沒有足夠的中子碰撞,可以說明如今元素的豐富。」

研究人員認為,超新星才是答案。當恆星走到末期時,有些恆星會在高速旋轉中坍塌,並產生極強的磁場,這些強磁場能夠使恆星步向超新星爆炸時,有更多的機會形成匪夷所思的壓力,形成重元素的生成。

不過,研究人員表示,理論可能還有一些地方要修正,新理論模型中,銀的產量過高,而金的產量卻有不足。這意味著我們可能需要確定一種新型的恆星爆炸,或核反應狀態。

然而,共同作者瑪麗亞·盧加羅博士(Maria Lugaro),對新理論仍然深具信心,她認為失踪的黃金之謎可能很快就會解決,目前走在正確的解答方向,只是有細節需要修正。

她說:「預計包括歐洲,美國和日本在內的世界各地的核設施,都可能會有新發現,缺少黃金的天文物理問題,可以通過核物理實驗來解決。」

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