惊喜发现：揭开宇宙中的黄金之谜 目前公认的宇宙演化模型将改变

黄金是人类一种广受欢迎的贵金属，用于货币、保值物、珠宝和艺术品等。但是对于天文学家来说，认知宇宙中的黄金从何而来、如何而来，从而揭开宇宙演化的机理，才是极为宝贵的。天文学家一直在寻找宇宙中存在的金子的来源及其机理。

2017年8月17日，LIGO和处女座探测器对两个相撞的中子星进行的引力波信号持续约100秒的首次观测，震惊了世界天文学界。这个标记为GW170817的事件使引力波在太空中荡漾，被在太空轨道和在世界各地的地面望远镜探测到。这是有史以来第一次被检测到的引力波事件。

失踪之谜

对星系演化的新分析发现，恒星碰撞不会产生先前假定的化学元素。研究还表明，当前的模型无法解释宇宙中的黄金之谜，从而引起了天文学的加大兴趣。这项工作产生了一种新外观的元素周期表，显示了从碳到铀的天然元素的恒星起源。

宇宙中所有的氢，包括地球上的每个分子，都是在大爆炸中产生的，大爆炸还产生了大量的氦和锂，但没有其他东西。其余自然发生的元素，是由恒星内部发生的核过程产生的。

星球犹如巨型压力锅

研究人员解释说，“我们可以将恒星视为创造新元素的巨型压力锅，” “使这些元素产生的反应还提供了使恒星明亮发光数十亿年的能量。随着恒星年龄的增长，随着内部温度的升高，它们会产生越来越重的元素。”

新发现的恒星过程

人们认为，所有比铁重的元素（例如钍和铀）中有一半来自于由恒星烧掉而剩余部分而形成的中子星的碰撞。从理论上讲，直到2017年才证实了中子星的长期碰撞。但是，现在，天文学家的最新分析表明，中子星的作用可能被高估了，而另一个恒星过程才是完全造成大部分的重元素这一现象的原因。

研究人员说：“中子星合并在宇宙的早期没有产生足够多的重元素，现在仍然没有，140亿年后才出现。” “宇宙并没有使它们形成的足够快，以解释它们在非常古老的恒星中的存在，总的来说，根本就没有足够的碰撞继续说明当今周围这些元素的丰富程度。”

相反，研究人员发现，需要通过完全不同的恒星现象产生重元素，不寻常的超新星会在高速旋转时坍塌并产生强磁场。这一发现是他们的研究中的几个发现之一，该研究结果论文刚刚发表在《天体物理学杂志》上。他们的研究是首次根据第一性原理计算出从碳到铀的所有天然元素的恒星起源。

新的模型

研究人员说，新的模型将大大改变目前公认的宇宙演化模型。“例如，我们建立了这个新模型来一次性地解释了所有元素，发现了足够的银，可是却没有发现足够的金。”

“与观察相比，该模型中的银含量高，但金含量低。这意味着我们可能需要确定一种新型的恒星爆炸或核反应。”该研究论文完善了先前的研究，这些研究计算了恒星质量、年龄、和排列在元素产生中的相对作用。例如，研究人员确定，小于太阳质量八倍的恒星会产生碳、氮和氟，以及所有比铁重的一半的元素。重量超过太阳质量八倍的大质量恒星，也将在其寿命尽头爆炸成超新星，产生许多元素，从碳到铁，包括生命所需的大部分氧气和钙。

研究人员解释说：“除了氢之外，没有任何一种元素只能由一种恒星形成。” “一半的碳是由接近死亡的低质量恒星产生的，而另一半则来自超新星。铁的一半来自大质量恒星的正常超新星，但另一半则需要另一种形式，即Ia型超新星。这些是在低质量恒星的双星系统中产生的。”

Ia型超新星（Type Ia supernova）出现在其中的一颗是白矮星，而另一颗可以是巨星或低质量恒星的联星系统（两颗轨道互绕的恒星）。

Ia型超新星

相反，由引力束缚的成对大质量恒星可以转变成中子星。当它们相互碰撞时，撞击会产生一些自然界中最重的元素，包括黄金。

惊喜——强磁场超新星

研究人员说：“即使对中子星碰撞频率的最乐观估计，也无法说明宇宙中这些元素的绝对含量。” “这是一个惊喜。看起来，具有强磁场的旋转超新星是其中大多数元素的真正来源。”

强磁场超新星

“预计包括欧洲、美国和日本在内的世界各地的核设施都将会有新发现，目前这些核设施的目标是与中子星合并相关的稀有核。”这些核的性质未知，但它们在很大程度上控制了重元素丰度的产生。缺少金的天体物理学问题确实可以通过核物理实验来解决。”

参考：Astrophysical Journal. 15 September 2020. DOI: 10.3847/1538-4357/abae65