你佩戴的金銀首飾原來是來自一個遙遠矮星系……

科技 05-25

金、銀、鉑。這些珍貴的金屬元素究竟是從哪裡產生的？最近，一項研究在宇宙中一個遙遠的矮星系中找到了答案

下次當你佩戴首飾的時候，或許可以花點時間想想製作這些漂亮首飾的金屬物質究竟是從什麼地方來的？事實上，在元素周期表中的一些最珍貴的元素，比如金、銀和珀等的來源問題，已經困擾科學家們超過60年時間。最近，一項研究在宇宙中一個遙遠的矮星系中找到了答案。

針對距離地球大約10萬光年的一個小型星系ReticulumII中的一些最明亮恆星的光譜分析結果顯示這些恆星中含有大量所謂的「r-過程元素」（"r-process"-elements）。金、銀、珀、鈾和鉛都屬於所謂的「r-過程元素」，後者包括了所有原子量比鐵更大的元素。

所謂r-過程是指「快速中子捕獲過程」。這一現象最早是在1957年由核物理學家們進行描述的。美國麻省理工學院物理學系教授安娜·弗萊貝爾（Anna-Frebel）指出：「理解那些大原子量的r-過程元素是如何形成的，是核物理學中最困難的問題之一。」

你佩戴的金銀首飾原來是來自一個遙遠矮星系……

針對距離地球大約10萬光年的一個小型星系Reticulum II中的一些最明亮恆星的光譜分析結果顯示這些恆星中含有大量所謂的「r-過程元素」。金、銀、珀、鈾和鉛都屬於所謂的「r-過程元素」，後者包括了所有原子量比鐵更大的元素

儘管金、銀和鉑等元素的價值在很大程度上源自於它們在地球上的稀缺性，但實際上產生這些元素的核物理過程本身也非常特殊。它們是在物質極端高密度的中子星之間以極高速度相互碰撞的過程中產生的，隨後逐漸跟隨隕星物質等途徑擴散到了地球上。

弗萊貝爾指出：「要想產生如此大質量的元素需要極高的能量，因此幾乎不可能通過實驗的方法製造出來。也就是說，產生黃金等元素的物理過程在地球上根本就不可能發生，因此我們只能在宇宙中的『恆星實驗室』里進行觀察。」

近日，麻省理工學院科維理研究所的科學家們發現了一個特殊的星系，其中那些難以產生的大質量元素的丰度很高，這一點為科學家們提供了有關其中的恆星歷史與星系演化的相關線索。

你佩戴的金銀首飾原來是來自一個遙遠矮星系……

你或者你愛人身上所佩戴的金屬首飾實際上來自中子星之間的相撞，隨後由小行星帶來地球上

由於恆星自身並無法產生這些元素，在ReticulumII星系內部過去歷史上肯定曾經發生過某些事件，從而在星系內部「播撒」了豐富的大質量元素物質，從而導致這一區域恆星成分中的大質量元素丰度異常偏高。這也暗示在過去，這裡可能曾經發生過兩顆中子星高速碰撞的事件。

這一發現也清楚表明了對恆星元素成分的研究如何可以幫助加深對星系演化歷史的理解。這種做法被戲稱為「恆星考古學」，它能夠幫助天體物理學家們更好地了解早期宇宙中的很多事情。

弗萊貝爾表示：「我認為這一發現打開了通過對單個恆星，甚至在一定程度上是對單一元素的研究，從而開展星系演化研究的大門。我們正在將非常小尺度上的恆星研究與非常大尺度上的星系研究相互結合在一起。」

恩里克·拉米雷茲-里茲（Enrico-Ramirez-Ruiz）教授並未參與這項研究，他對此評價道：「我從事中子星合并方面的研究已經有一段時間了，因此我對於這一研究成果感到非常興奮。

這項研究確鑿地證明了在這個特定的矮星系歷史早期曾經發生過中子星的合并事件。我們也可以據此推斷，類似的事件同樣有可能曾經在其他許多的小型星系中發生過。中子星合并事件很有可能是宇宙中很大一部分貴金屬，或者我們說的r-過程元素的來源。」

你佩戴的金銀首飾原來是來自一個遙遠矮星系……

當一顆大質量恆星臨近生命的終末，其內核部分在強大引力作用下發生塌縮，原子核的質子和電子被擠壓結合，從而形成自然界中最神奇的現象之一——中子星

這就意味著你或者你愛人身上所佩戴的金屬首飾實際上來自中子星之間的相撞，經過億萬年的旅程之後才來到地球。

事實上，你身上佩戴的黃金白銀首飾基本上都是由小行星帶來的。正如拉米雷茲-里茲教授說：「早期地球上所含有的絕大多數黃金都下沉到了地核，因為早期的地球處於熔融狀態，較重的元素大量下沉。

因此今天人類所能開採到的位於地表或者淺層地下的金銀礦藏基本上都是由撞擊地球的小行星所帶來的。當然，這些金銀物質本身並非是在小行星上形成的，那是高密度中子星碰撞的產物，這些元素被撒播宇宙星雲之中，當星雲逐漸冷凝形成小行星或行星時，這些稀有金屬元素物質便被帶到了地球上。」

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