黃金,因其稀有性和吸引力而自古以來一直令人著迷。許多人夢想著將普通金屬轉化為貴重的黃金,但傳說中的煉金術士一直未能實現這一夢想。然而,黃金并非地球獨有,它的存在需要更為宏大的過程,涉及到宇宙中的巨大恒星和超新星爆炸。
1. 核聚變和鐵的極限
在恒星內部,核聚變是一種持續不斷的過程,將輕元素融合成較重的元素。然而,當核聚變達到鐵的階段時,由于鐵原子核是所有重元素中最穩定的,核聚變就會停止。這是因為鐵核形成后,進一步的核聚變需要耗費能量,而不再產生能量。這個過程將鐵視為元素周期表中的“短板”。

2. 中子的關鍵作用
為了形成比鐵重的元素,中子的介入變得至關重要。中子是沒有電荷的粒子,因此更容易與鐵核發生相互作用。中子可以通過兩種不同的過程與鐵核相互作用,從而產生更重的元素。
3. “s過程”和“R過程”
“s過程”(slow process)是指中子被逐個地捕獲,每次捕獲后鐵核變得更重。這個過程通常發生在中子流強度相對較低的環境中,產生像鍶、鋇、鉛等元素。
“R過程”(rapid process)是指中子被一次性捕獲多次,形成更大質量的同位素核。在新核發生β衰變之前,它們會繼續捕獲中子。這個過程產生更重的元素,包括鈾和黃金。這種反應通常發生在中子流強度較高的環境中。

4. 超新星爆炸:黃金的來源
黃金等貴金屬的生成需要超新星爆炸。超新星是大質量恒星在核聚變停止后,由于核內部的坍縮而引發的爆炸事件。這個爆炸釋放出巨大的能量,將內部的元素拋射到宇宙中。在超新星爆炸中,鐵核會捕獲大量中子,形成比鐵重的元素,包括黃金。
5. 雙中子星碰撞:更偉大的“煉金術士”
雖然超新星爆炸是黃金生成的重要過程,但科學家們也研究了更為罕見但更為重要的事件。這就是雙中子星碰撞,其中兩顆中子星在相互旋轉并最終合并時,會釋放出大量的中子。這些中子會與鐵核相互作用,形成比鐵更重的元素,特別是黃金。雖然這種事件發生的概率很低,但它可以產生宇宙中大量的黃金。

6. 觀測和研究
科學家們使用各種方法來研究黃金元素的來源。觀測超新星爆炸和雙中子星碰撞的引力波是其中之一。此外,研究星際塵埃中的金含量以及深海中的金含量也可以提供有關黃金的來源的線索。
黃金等貴金屬的生成是宇宙中一個復雜而精彩的過程。雖然超新星爆炸是黃金生成的一部分,但雙中子星碰撞可能是更為偉大的“煉金術士”,因為它可以產生比超新星更多的黃金。這些天文事件揭示了宇宙中元素的豐富多樣性,以及我們地球上珍貴貴金屬的宏大來源。黃金的誕生是宇宙演化的精彩篇章,也是科學探索的不竭源泉。