“氫氦鋰鈹硼,，碳氮氧氟氖，鈉鎂鋁硅磷……”對于大多數(shù)人而言,，化學(xué)“元素周期表”肯定不陌生,。然而，宇宙中除了氫和氦之外,，其他重元素是如何形成的卻還是一個未解之謎,。

　　目前科學(xué)界普遍認為，一些重元素由氫與氦通過恒星內(nèi)部核聚變反應(yīng)產(chǎn)生,。而恒星爆發(fā)成為超新星之后,，又形成了另外一些重元素。然而,，最近發(fā)表在《物理評論快報》上的一項新理論模型表明,，微型黑洞從其內(nèi)部毀滅中子星，可能也會制造出重元素,，其中包括貴重的黃金,。除此之外,，對于重元素的來源還有一些其他推測。

　　重元素誕生于超新星爆發(fā)

　　大質(zhì)量恒星核心核聚變產(chǎn)生了鐵及其之前的重元素之后,，恒星會劇烈坍縮形成超新星爆發(fā),，恒星中的鐵元素在高溫高壓下，與自由中子,、電子,、質(zhì)子等發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生鈾之前的所有重元素,。

　　目前科學(xué)界主流觀點認為,，在宇宙大爆炸之后的一段時期內(nèi)，空間中充滿了氫和氦這樣最常見的輕元素,，而宇宙中的一部分重元素來自于恒星內(nèi)部的核聚變,。

　　科學(xué)家指出，在極高的溫度和壓力下原子核外的電子可以擺脫原子核的束縛,，使得兩個原子核能夠互相吸引而碰撞到一起,，發(fā)生原子核聚合作用，生成新的質(zhì)量更重的原子核,。這就是所謂的核聚變,。而鐵以前的重元素就都是在恒星的核心，靠核聚變產(chǎn)生的,。

　　恒星誕生初期能量全部來源于氫聚變成氦。恒星對抗自身引力坍縮的能量來源就是聚變,。當大質(zhì)量的恒星上的氫燃燒完之后,，會在自身引力作用下發(fā)生坍縮，這一過程會使得核心溫度和壓力大幅升高,，然后達到發(fā)生氦聚變的條件,，生成碳和氧。當氦逐漸消耗,，恒星又開始坍縮,，溫度和壓力進一步升高，碳,、氧就聚變生成硅,。然后同理，硅聚變生成鐵,，由于鐵聚變產(chǎn)生的能量得不償失,，于是聚變的鏈條到鐵就停止了。此時恒星最外到最里層依次是氫,、氦,、碳,、硅、鐵,。

　　但恒星的演化到了這步并沒有完全停止,。由于恒星的高溫不足以“烹調(diào)”出鐵以后的元素，如銅,、鎳,、鋅、鈾等,。要想促使這些重元素的誕生,，就需要一個更大的熔爐，即超新星爆發(fā),。

　　科學(xué)家指出,，大質(zhì)量恒星在產(chǎn)生鐵核心之后，由于聚變反應(yīng)的停止,，核心會發(fā)生劇烈的引力坍縮,，形成超新星爆發(fā)，鐵元素會在極高的溫度和壓力下,，與自由中子,、自由電子、質(zhì)子及其他原子核發(fā)生反應(yīng),，產(chǎn)生出92號元素鈾之前的所有重元素,，并隨著超新星爆發(fā)將它們擴散到宇宙空間中去。

　　中子星碰撞造就重元素

　　兩顆中子星發(fā)生碰撞,，一部分物質(zhì)會被拋入太空,，這些物質(zhì)中富含中子，很多中子射向“種子核子”,，這樣便會形成原子量越來越大的元素,。

　　雖然大多數(shù)科學(xué)家認為，從鐵到鈾,，自然界穩(wěn)定存在的重元素中有約半數(shù)是大質(zhì)量恒星在生命終結(jié)階段發(fā)生超新星爆發(fā)時生成的,。但也有科學(xué)家給出了不同的可能性，他們指出,，這些重元素的起源可能是一種更加狂暴而罕見的機制——密度超高的中子星之間發(fā)生的相撞,。

　　中子星是恒星衰亡并發(fā)生超新星爆發(fā)之后殘留的遺骸，其密度極高,。直徑數(shù)百公里的一顆中子星,，質(zhì)量可以和太陽一樣甚至更高。在地球上,，如果你拿著一勺中子星物質(zhì),，那么這一勺子物質(zhì)的重量將達到50億噸,。

　　盡管絕大部分中子星都孑然一身，但也會有兩顆中子星組成雙星系統(tǒng),，它們可以在一起相互繞轉(zhuǎn)數(shù)十億年,，但是在這一過程中會逐漸相互靠近，直到有一天,，這兩顆中子星終于陷入毀滅性的相撞,。

　　美國哈佛史密松天體物理中心的科學(xué)家艾多·貝格說，這時候兩顆中子星的絕大部分物質(zhì)會發(fā)生進一步坍縮,，形成黑洞,，而另外一部分物質(zhì)會被拋入太空。這些物質(zhì)中富含中子,，這樣便

　　會形成原子量越來越大的元素,。美國加州大學(xué)伯克利分校天體物理學(xué)家丹尼爾·卡森解釋說，你需要很多中子并將它們射向那些“種子核子”,，才能合成那么重的元素,，比如金、鉛,，或者鉑,。這就像是汽車擋泥板上不斷累積的泥漿一樣。

　　科學(xué)家得出這一結(jié)論,，緣于一次伽馬射線暴,。這次伽馬射線暴距離地球約39億光年，雖然持續(xù)時間不到0.2秒,，但其紅外線余暉卻持續(xù)數(shù)天時間,。科學(xué)家將觀測的結(jié)果與理論模型進行對比之后,，得出結(jié)論認為這是大量重金屬元素形成之后產(chǎn)生的放射性輝光，而這些重元素是在一次中子星的撞擊事件中產(chǎn)生的,。

　　卡森對這次碰撞做了粗略的估算,，認為這次事件中約產(chǎn)生了相當于20倍地球質(zhì)量的黃金。這一數(shù)量的黃金足以裝滿100萬億個油桶,。而且這次撞擊事件中所產(chǎn)生的鉑金數(shù)量甚至比產(chǎn)生的黃金還多7倍,。

　　此外，科學(xué)家還在一個矮星系——網(wǎng)罟座二號9個最亮的恒星中發(fā)現(xiàn)了7個包含許多重元素的恒星,，這比任何矮星系上發(fā)現(xiàn)的都要多,。科學(xué)家表示,，這些恒星上的重元素比其他相似星系上觀察到的多了近100倍,。而在一個矮星系上發(fā)現(xiàn)這么多重元素證明了網(wǎng)罟座一定發(fā)生過比超新星爆發(fā)還要罕見的事件,，比如中子星撞擊，因為大多數(shù)超新星爆發(fā)產(chǎn)生的重元素也遠遠達不到網(wǎng)罟座上那些重元素的驚人數(shù)量,。

　　黑洞毀滅中子星成為重元素來源

　　原生黑洞從內(nèi)部消耗中子星,，使中子星收縮自轉(zhuǎn)變快，最終導(dǎo)致一些部分甩離本體,，這些富含中子的分離部分,，很可能就是重元素的來源。

　　還有研究人員猜測,，宇宙中的重元素（如金,、銀、鉑和鈾）可能是早期宇宙誕生時在黑洞的幫助下形成的,。

　　在宇宙大爆炸時,，其異乎尋常的力量會把一些物質(zhì)擠壓得非常緊密，形成了“原生黑洞”,。這種黑洞并不是由恒星坍縮而形成的,。理論上，原生黑洞比普通黑洞更小,，甚至小到肉眼無法看到,。

　　在這項最新研究中，研究人員認為原生黑洞會與中子星發(fā)生碰撞,，中子星幾乎完全是由中子構(gòu)成,，并且非常密集，原生黑洞將沉入中子星中心區(qū)域,，從其內(nèi)部吞噬它們,。美國加州大學(xué)洛杉磯分校理論物理學(xué)家亞歷山大·庫先科認為，當這種情況發(fā)生時,，黑洞會從內(nèi)部不斷消耗掉中子星,，這個過程可能會持續(xù)1萬年左右。之后,，中子星隨著自身的收縮,，自轉(zhuǎn)會變得越來越快，最終導(dǎo)致一些小的部分被甩離本體,。而這些富含中子的分離部分,，很可能就是重元素的來源。

　　然而,，庫先科同時表示,，中子星捕獲黑洞的可能性非常低，這種低概率與只有少量星系富含重元素的觀察結(jié)果一致。形成于宇宙早期的黑洞與中子星相撞產(chǎn)生重元素的理論也解釋了銀河系中心區(qū)域中子星數(shù)量稀少的問題,。

　　據(jù)了解,，今年晚些時候，庫先科和同事們將與普林斯頓大學(xué)的科學(xué)家合作,，對“中子星—黑洞”相互作用產(chǎn)生重元素的過程進行計算機模擬,，并希望能通過將模擬結(jié)果與臨近星系中重元素的觀測結(jié)果進行比較，來判斷地球上存在的金,、鉑和鈾是否來源于早期宇宙中的黑洞,。

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　　PANDA國際實驗欲了解重元素形成過程

　　俄羅斯科學(xué)院西伯利亞分院核物理所所長帕維爾·洛加喬夫近日表示，俄科學(xué)家正與外國同事一起籌備PANDA國際實驗,，旨在了解重元素的形成過程,。

　　實驗將在歐洲的反質(zhì)子與離子研究裝置中進行，能讓人以新的方式一窺物質(zhì)粒子和反物質(zhì)粒子內(nèi)部,。包括俄羅斯科學(xué)院西伯利亞分院核物理所和新西伯利亞國立大學(xué)的科學(xué)家在內(nèi),，將有來自17個國家的450位科學(xué)家參與試驗。

　　洛加喬夫表示,，宇宙,、星辰中重元素的形成過程至今仍是待解之謎。他指出,，PANDA國際實驗將是在歐洲反質(zhì)子與離子研究裝置中進行的4項試驗中的一項,。計劃于2023年進行首次試驗。目前正在進行該科研裝備的設(shè)備開發(fā)工作,。（記者 姜 靖）