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中子星并合到底意味着什么？一次可以甩出重达13个地球质量的黄金( 二 )


中子星作为一种十分特殊的天体 ， 它的质量和温度都高得令人意外 。
不过随着时间的推移 ， 中子星的内部温度会逐渐降低 。
中子星的自转速度会以每秒数百次进行运动 ， 部分中子星还会发出电磁辐射 ， 使其成为脉冲星 。
过去科学家们认为 ， 超新星爆炸可能是宇宙中重元素由来的重要原因 。
重元素比起其他较轻的元素在宇宙的星系中更少 ， 越重的元素越明显 。

这是由于恒星很难制造它们 ， 恒星除了维持自身的能量和运转 ， 避免在自身重量的影响下坍塌 。
恒星内部的核聚变会在反应之初融合出氢和氦 ， 后来经过元素转化成为碳和氧 。
但是这些反应的能量最多只能到达铁这样的地步 ， 再往上就没办法了 ， 因为制造更重的元素需要更多的能量 。
但在超新星爆炸中 ， 科学家认为它所释放的能量足以产生更重的元素 。

因此在上世纪50年代 ， 科学家们认为慢中子捕获过程 ， 也就是s过程可能是重元素产生的由来 。
但很快科学家发现 ， s过程不能解释黄金、银、铂以及更重的金属来源 。
要想让它们很好地出现 ， 就必须是在快速流动的中子轰击铁核时合成而来 。
【中子星并合到底意味着什么？一次可以甩出重达13个地球质量的黄金】快速中子捕获过程也被称作r过程 ， 它负责产生大约一半比铁更重的原子核 ， 也就是重元素 。

不过在那个时候要想研究r过程十分困难 ， 首先是实验条件根本达不到 ， 再者也没人真正观察到r过程的出现 。
因为就实验机制来讲 ， 参与s过程的同位素具有足够长的半衰期 ， 可以在实验室中进行研究 。
另外s过程主要发生在普通恒星中 ， 这意味着它很常见 。
其中中子通量足以让中子捕获以10~100年重复一次 。
相比之下 ， 对每秒就要捕获100次的r过程来讲 ， s过程速度十分缓慢 ， 这也就导致它很难在实验室中进行 。

黄金即是星星这样的讨论经过了几十年 ， 直到2017年发现的GW170817才最终证实了科学家们的猜想 。
中子星合并产生的可见光为其带来的研究素材 ， 同时还有大量的r过程元素放射性衰变 。
当两颗中子星相互靠近时 ， 由于引力辐射的影响它们会向内盘旋 。
最终合并成更大质量的中子星或者黑洞 ， 具体的结果取决于残余物质量是否超过“托尔曼-奥本海默-沃尔科夫极限” 。
合并事件能在1毫秒内产生比地球强数万亿倍的磁场 ， 由此出现短暂的伽马射线爆 。
简单来讲 ， 中子星合并就是一种天体碰撞 。

正如我们前面所说 ， 宇宙早期的轻型元素形成相对较快 ， 因引力的作用它们融入到了恒星之中 。
恒星的运动将其氢融合成氦 ， 氦变成碳 ， 以此类推 ， 质量更大的恒星能将原子核一直融合成为铁 。
就像元素周期表展现的那样 ， 越重的元素需要更加强大的碰撞能量 。
只要反应发生得足够快 ， 以至于在更多的中子被添加到原子核之前 ， 放射性衰变就不会有机会发生 。
中子星合并带来的碰撞是爆炸性般的改变 ， 它会产生一个以光速20%~30%的速度向外膨胀的物质壳 ， 并且大部分材料都是由新元素组成 。

这些元素会吸收特定波长的光 ， 所以科学家便能够利用这一点来对其进行对比查看 。
哪些波长被哪些物质吸收了多少 ， 并将它们与我们所发现或制造出来的特定元素进行对比 。
不过要想证明元素与光谱之间的对应性还是比较困难的 ， 因为科学家目前还没有完全掌握元素周期表中较重元素的光谱外观 。
但就已经观察到的光谱来讲 ， 科学家可以对其进行建模 ， 并创建一个合成光谱 ， 由此可以更深入地了解其对应的元素外观 。
至少就现在的发现来看 ， 黄金无疑是中子星合并的一部分 。

同样的发现还有350~850纳米波长的锶元素 ， 中子星合并同样会带来大量的锶 ， 这大概是地球质量的5倍多 。
在GW170817事件被确认后 ， 目前的天体物理模型表明 ， 单个中子星合并事件可能会产生3~13个地球质量的黄金 。
尽管目前的天体物理模型还有很多地方需要完善 ， 至少现在我们明白 ， 他人口中的金牙或者脖子上的金项链 ， 或许正是上一次中子星合并产生的结果 。

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