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宇宙中的所有元素 ， 以铁为分界线 ， 划分为两大阵营 ， 即轻元素和重元素 。 铁元素及原子序数在铁以下的元素 ， 基本上都可以在恒星的演化进程中“锻造”出来 。 在恒星内核高温高压以及量子隧穿效应的作用下 ， 较轻的元素原子之间发生核聚变反应 ， 也就是通过“质子融合”形成原子序数更大的元素 。
恒星造就的元素
【宇宙中的重金属到底从何而来？科学家最新发现“金矿”的来源】恒星的质量越大 ， 内核发生核聚变反应的强度就越大 ， 最终推动核聚变反应向纵深方向发展的条件就越充分 ， 因此反应的产物原子量也就越大 ， 一直到铁为止 。 由于铁原子的比结合能最高 ， 如果让它继续发生核聚变反应 ， 那么所注入的能量将要比释放的能量高 ， 所以仅靠恒星内部核聚变反应产生的能量 ， 不足以推动铁继续发生核聚变反应 ， 巨大恒星的内核往往到产生铁的时候 ， 也意味着恒星生命周期已经进入尾声 。
然而 ， 宇宙包括地球的地层中 ， 都含有一定量的金、铂以及其他重金属元素 ， 长期以来 ， 科学家们对这些重金属的来源感到迷惑 ， 因为这些重元素的形成过程 ， 必须要具备比恒星更多能量的反应环境 。
超新星爆发造就的元素
于是 ， 科学家们目标瞄向了超新星爆发 ， 这是大质量恒星在生命末期 ， 由于内部核聚变停止后 ， 外部物质向内核急剧坍缩所引发的强烈“爆炸” ， 在巨大能量的加持下 ， 某些区域重启了更为强烈的核聚变 ， 从而形成不可控的聚变反应 ， 将恒星外层物质从“母体”中剥离以粒子的形式抛洒出去 ， 甚至将整个恒星都“炸为乌有” 。
在超新星爆发过程中 ， 巨大的能量输入 ， 为那些原来恒星聚变的产物提供了继续“合并”的条件 ， 其中以“快中子捕获”最为突出 。 以铁原子为基底 ， 在巨大能量加持下 ， 外界的自由质子被压进铁原子核中 ， 在极短的时间内 ， 通过“快中子捕获”聚合形成很多比铁元素原子序数还要高的重元素 。
不过 ， 因为超新星爆发的时间很短 ， 在这么短的时间内 ， 不足以形成足够多的重元素 ， 一般情况下 ， 无论是新生成还是通过更重元素的衰变 ， 产生稳定重元素都需要一定的时间 ， 越重的元素所需的时间就越长 ， 所以 ， 对于目前宇宙中存在的诸多重元素 ， 超新星爆发的条件显然还不够 。
中子星合并造就的元素
在这样的背景下 ， 科学家们又将寻找宇宙“金矿”的目标瞄向了中子星 。 在理论上 ， 当中子星合并或者相互之间发生碰撞时 ， 仍然会发生较为强烈的快中子捕获 ， 而且持续时间更长 。 在这个过程中 ， 在中子星上会形成巨大的潮汐力 ， 两颗中子星就像拖着长长的尾巴一样 ， 并且向空间中抛洒大量中子星物质 。
被抛洒出去的中子星组成物质 ， 由于极其不稳定 ， 特别是其中的重核会快速发生衰变 ， 在衰变的过程中 ， 像金、铂等大量的稳定态重金属元素相继形成 。 通过这种方法 ， 理论上产生的稳定重元素比例 ， 要比超新星爆发高出许多数量级 。
这种推测 ， 科学家也通过天文观测的方法得到了证实 。 在2017年 ， 美国和意大利的引力波天文台LIGO和Virgo ， 首次发现在双中子星合并的过程中形成大量重元素的现象 。 两个引力波探测器接收到的“时空涟漪” ， 距离地球约1.3亿光年 ， 而造成“涟漪”的来源就是两颗中子星的合并 。
在这两颗中子星合并时 ， 发出了耀眼的闪光 ， 通过光谱仪器测量发现 ， 其中包含着明显的重金属元素的特征 ， 特别是展现出“合成”的金元素数量 ， 甚至比地球的重量还要大上好多倍 。 通过数学模型测算 ， 科学家们发现 ， 与超新星爆发相比 ， 双中子星合并事件 ， 是产生宇宙中重元素最有效的方式 ， 没有其一 ， 就连中子星与黑洞合并都赶不上这种方式 。 因此 ， 从某种意义上来说 ， 中子星的合并 ， 造就了宇宙中最重要的“金矿” 。
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