發現遠古中子星碰撞，還給太陽系帶來了大量黃金？

驚奇 07-25

兩位天文學家認為他們已經找到了古代恆星碰撞的確切位置，正是那次碰撞讓我們的太陽系擁有了大量珍貴的黃金和鉑金——至少有一部分是這樣。在發表在《自然》(Nature)上的一項新研究中，兩人分析了一顆非常古老隕石中殘留的放射性同位素，然後將這些數值與計算機模擬中子星合併產生的同位素比值進行了比較。中子星合併是一種災難性的恆星碰撞，會在時空結構中引起漣漪。

研究人員發現，一顆中子星的碰撞可能為我們的宇宙鄰居提供了許多比鐵更重的元素，而鐵有26個質子。這包括我們早期太陽系中約70%的銫原子和40%的鈈原子，以及黃金和鉑等貴金屬。研究人員發現，總的來說，這一次古老的恆星碰撞可能為我們的太陽系提供了0.3%的重元素，而我們每天都攜帶著其中的一些元素。佛羅里達大學天體物理學家、這項研究的主要作者伊姆雷·巴托斯(Imre Bartos)說：在我們每個人身上，都會發現這些元素的含量高得驚人，它們大多以碘的形式存在，而碘是生命所必需的。如果你戴著一枚金或鉑金婚戒，你也帶著一些爆炸性的宇宙過去。

在NASA的模擬中，兩顆中子星互相撕裂，形成一個黑洞。新研究表明，類似這樣的恆星碰撞發生在46億年前，離我們的太陽系非常近，給我們的宇宙鄰居帶來了許多對生命至關重要的重元素。圖片：NASA Goddard

其中大約10毫克(0.00035盎司)可能是46億年前形成的。鈈、金、鉑和其他比鐵重的元素是通過一種稱為快速中子俘獲(也稱為r過程)的過程產生的，在這個過程中，原子核在有時間進行放射性衰變之前，迅速地與一堆自由中子結合在一起。

這一過程只發生在宇宙中最極端的事件中（超新星爆炸或中子星碰撞）但科學家們對這兩種現象中哪一種對宇宙中重元素的產生負有主要責任意見不一。在新研究中，Bartos和同事Szabolcs Marka(來自紐約哥倫比亞大學)提出中子星是太陽系中重元素主要來源的觀點。

為了做到這一點，他們將保存在古代隕石中的放射性元素與中子星在銀河系周圍不同時空點合併的數值模擬進行了比較。這顆流星含有中子星合併產生的放射性同位素的殘餘，雖然它們在很久以前就衰變了，但它們可以用來重建太陽系形成時原始放射性同位素的數量。此前發表在《科學進展》(Science Advances)上的一項研究的作者們，曾用這塊隕石上的鈈、鈾和銫原子的衰變同位素來估計太陽系早期存在的這些元素的數量。Bartos和Marka將這些數值插入計算機模型，計算出需要多少中子星合併才能將這些元素的正確數量填滿太陽系。

一個隨意的災難

事實證明，如果中子星的合併距離我們太陽系足夠近——在1000光年以內，也就是銀河系直徑的1%左右，那麼單顆中子星的合併就能成功。中子星合併被認為在我們的星系中非常罕見，每百萬年才會發生幾次。另一方面，超新星則更為常見，根據歐洲航天局一項研究，銀河系中每50年左右就有一顆大質量恆星爆炸一次。