宇宙中的黄金从何而来？ NASA资料助解谜

【中国观察2025年04月30日讯】黄金等贵重金属因为稀有而价格昂贵，成为人们投资和收藏的主要标的之一。当你在欣赏闪闪发光的黄金时，是否曾想过，地球上乃至整个宇宙中的这种金属从何而来？
据美国国家航空航天局（NASA）网站4月29日报导，自宇宙大爆炸发生以来，初期宇宙中就存在氢、氦和少量的锂。后来，包括铁在内的一些较重元素在恒星中形成。但令天文学家不解的一个谜团是——第一批比铁重的元素（例如金）是如何产生并分布在整个宇宙中的？
在哥伦比亚大学（Columbia University）博士生帕特尔（Anirudh Patel）所主导的一项研究中，研究人员利用NASA和欧洲太空总署（ESA）的望远镜在20年前所观测的资料，发现了大量重元素的惊人来源的证据——它们来自高度磁化的中子星（称为磁星）的闪焰（flare）。
研究人员估计，磁星的巨型闪焰可能贡献该星系中比铁重的元素总丰度的10%。由于磁星在宇宙历史中存在得相对较早，第一批黄金可能是经由这种方式形成的。
这项研究的报告撰写人之一、路易斯安那州立大学（Louisiana State University）天体物理学家伯恩斯（Eric Burns）表示，该研究藉由几乎被遗忘的档案资料解开了一个谜团。
中子星是恒星在爆炸后坍缩的核心。它们的密度非常大，一茶匙的中子星物质，就重达十亿吨。而磁星是一种具有超强磁场的中子星。
在很罕见的情况下，磁星在经历“星震”时会释放出大量的高能量辐射。就像地球上的地震一样，这会破坏磁星的地壳。星震也可能与磁星的强烈辐射爆发（巨型闪焰）有关，这种爆发甚至会影响地球大气层。
帕特尔与同事一直在思考，磁星的巨型闪焰如何形成重元素。他们认为，这可能经由中子将较轻的原子核打造成较重的原子核这样的“迅速过程”来实现。
在元素周期表中，原子核内的质子数会决定元素的性质——原子序数，拥有同一原子序数的原子属于同一化学元素。比如说，氢有一个质子，氦有两个，锂有三个。原子核内也有中子，它不会影响原子的特性，但会增加质量。
有时候，当原子捕获一个额外的中子时，原子就会变得不稳定，进而发生核衰变过程，将中子转化为质子，使原子在元素周期表上向前移动。例如，金原子可以吸收额外的中子，然后转变为水银（汞）。
在中子星分裂的独特环境中，中子的密度极高，甚至会发生更奇怪的事情——单个原子快速捕获大量中子，以至于它们经历多次衰变，从而转变成铀等更重的元素。
天文学家在2017年观测到两颗中子星发生碰撞，并证实此一事件可能产生了金、铂和其它重元素。但中子星碰撞这样的事件在宇宙历史上发生得太晚了，无法解释最早的金和其它重元素从何而来。因此，天文学家推断磁星也是重元素形成的来源。
研究人员在检视2004年所观测到的磁星巨型闪焰资料时发现，当时侦测到的伽玛射线讯号与重元素在磁星巨型闪焰中产生并分布时的样子相互对应，进而支持了他们的论点。
NASA即将推出的康普顿成像光谱仪（Compton Spectrometer and Imager，COSI）任务可以跟进这些分析结果。这座广角伽马射线太空望远镜将于2027年发射升空，用于研究宇宙中的能量现象，例如磁星巨型闪焰。
研究人员也将跟进其它档案资料，看看其它磁星巨型闪焰的观测结果中是否隐藏着其它秘密。
上述研究成果于4月29日发表在《天文物理期刊通讯》（The Astrophysical Journal Letters）上。