恆星核聚變通常到鐵就停止了，金銀等重元素是如何產生的？

縱觀人類歷史，黃金作爲一種貴金屬，總是能夠引人注目。它不僅是財富和地位的象徵，還是國際貿易中的硬通貨，是國家經濟安全的保障。黃金以其穩定性和稀有性著稱，然而，似乎我們從未聽說黃金是在普通的恆星核聚變過程中產生。那麼，黃金究竟如何在宇宙中誕生？

我們首先查看元素週期表，黃金位於表中的79號位置，這使其成爲宇宙中最重、最穩定的元素之一。其它幾種較重的元素如汞、鉈和鉛也有着相似的穩定性。

從大爆炸產生氫開始，較輕的元素在早期恆星的核聚變中形成，這些元素隨着恆星的消亡被釋放回宇宙空間。但是，像金這樣的重元素的起源顯得更加神秘。

今天，我們將探索宇宙的元素演化史，並探討包括黃金在內的重元素可能的來源。

首先，大爆炸生成了氫、氦等輕元素。

在宇宙誕生之初，存在一個由高溫稠密等離子體構成的海洋，物質與輻射的能量極高，兩個可相互作用的粒子無法聚合。

質子和中子雖有強烈的電磁相互作用，但在大爆炸的高溫下，它們間的相遇總會被一個能量極大的光子打斷，當時的宇宙並不適宜重元素的形成。

然而，隨着宇宙的膨脹和冷卻，粒子結合的條件逐漸成熟。較輕的元素，如氫和氦，以及它們的同位素（包括少量鋰）在大爆炸後逐漸形成。這些元素是我們宇宙的“原始物質”，是所有物質的來源。

接下來，恆星成爲宇宙中的元素加工廠。

隨着宇宙物質的冷卻與引力的壓縮，密集的分子云形成，誕生出宇宙中的首批恆星。這些恆星主要由氫和少量的氦組成，被稱爲III族恆星，幾乎不含比氦更重的元素。

恆星內部的核聚變不僅將氫轉化爲氦，在最重的恆星中，甚至將氦轉化爲碳，進而合成氧、硅、硫等元素，直至形成鐵、鎳和鈷。當恆星的燃料耗盡時，它們開始塌縮並爆炸，產生Ⅱ型超新星爆發。

超新星爆發後，核心坍塌成中子星或黑洞，外層物質被拋散回宇宙，這些富含輕元素的物質重返星際空間，成爲新一代恆星的組成部分。

而在超新星爆發的過程中，核心中子星釋放的中子能迅速形成重元素，沿着週期表一直到地球上那些已經衰變的重且不穩定的元素。

然而，形成重元素的過程並未就此結束。

觀察到的元素比例（元素丰度）表明，重元素的形成還有其他途徑。當我們考察第二代恆星（即富含輕元素的II族恆星）時，發現它們在鐵元素（以及更重元素）的含量上與太陽有顯著差異。

太陽作爲第三代恆星，其體內的碳、氮、氧和硅的含量比II族恆星還要豐富，這表明在太陽系形成之前，有更多的恆星曾燃燒、消亡，並將物質拋回到星際空間。氫元素的比例與理論預測相符。

但對於真正的重元素，如鐵、錫至金，它們的含量似乎超出了超大質量恆星成爲超新星所能產生的重元素的範圍。

因此，必須有其他機制在創造這些重元素，並且這個過程與輕元素的形成完全不同。因爲聚變和超新星已經無法再產生更多的重元素了。

直到最近幾十年，我們才找到了重元素來源的理論依據。

在宇宙中，早期形成的超大質量恆星遺留的中子星遍佈各處；據估計，在每個銀河系大小的星系中，有數十億顆中子星。其中，多數中子星在其恆星系統中是孤立的，但也有形成雙星或三星系統的情況。

中子星有時會發出無線電能量束，當它們旋轉時，會向我們發出“脈衝”，即脈衝星。在我們的銀河系中，已經發現了雙脈衝星這樣的雙星系統。

根據愛因斯坦的廣義相對論，雙脈衝星的軌道會隨時間衰減，最終可能發生碰撞。

設想兩顆中子星——兩個質量與太陽相當、中等城市大小、由中子構成的物體發生碰撞時，會是怎樣的景象？

這場中子星的死亡大戲極爲壯觀！它們可能會（也可能不會）形成一個黑洞，但一定會發生的是，中子星在短時間內被摧毀，向宇宙拋射出數千地球質量的重元素。這些重元素，包括地球上存儲的大部分元素，都是來自中子星。

總結來說，當我們看到手腕上或頸部佩戴的黃金飾品時，應該感激那些爲創造地球上元素而生存和消亡的恆星們，尤其是那些經歷了兩次死亡——一次在超新星爆發中，一次在伽馬射線爆發中的中子星。

據估計，在類似銀河系的星系中，每10000到100000年會發生一次中子星的碰撞。這意味着在太陽系形成之前，我們的星系中可能已經發生了大約100到100萬次的中子星合併，極大地豐富了星際物質中的重元素。想到這裡，你會不會對雷神之錘和手上的黃金有了新的認識？

這不僅是黃金的宇宙故事，也是我們地球上所有重元素的宇宙故事！