歷史上，黃金因其稀有性和稀有性吸引了眾多“煉金術(shù)士”。他們一直想“把普通材料變成黃金”，日夜在煉金爐邊上忙碌，但無論他們怎么努力，都無法實(shí)現(xiàn)把普通金屬變成貴金屬的夢想。

不僅人類很難把石頭變成金子，有時(shí)候連恒星的“大熔爐”也產(chǎn)不出金子。我們幾乎都知道，動(dòng)物、植物、礦物，各種金屬，當(dāng)然也包括黃金，地球上幾乎所有的元素都來自太空。

然而，在大爆炸后的最初幾分鐘內(nèi)，只產(chǎn)生了周期表的前四種元素：氫、氦、鋰和鈹。所有比鈹重的元素都是由恒星內(nèi)部的核聚變形成的，但這一過程在鐵形成后就停止了，因?yàn)殍F原子核是所有重元素中最穩(wěn)定的。

那么，比鐵重的黃金在宇宙中從何而來呢？

重金屬的來源

為了得到比鐵重的元素，需要使用一個(gè)小的“助手”——中子。這是因?yàn)橹凶硬粠щ?，?dāng)它們轟擊鐵芯時(shí)，更容易與鐵芯結(jié)合。

中子轟擊鐵心時(shí)有兩種情況：“快中子俘獲”“慢中子俘獲”和。當(dāng)種子核（如鐵核）捕獲一個(gè)中子時(shí)，就會形成一個(gè)質(zhì)量為1、質(zhì)子數(shù)恒定的同位素核。然而，最早形成的原子核幾乎是極其不穩(wěn)定的，將經(jīng)歷β衰變（即釋放一個(gè)電子）。因?yàn)殡娮訑y帶一單位的負(fù)電荷，衰變后原子核的原子序數(shù)增加1。這樣，元素周期表的元素就形成了，緊靠著種子核。這個(gè)過程被稱為“慢中子俘獲”，也稱為“s過程”。將產(chǎn)生鍶、鋇、鉛和其他元素。這種反應(yīng)通常發(fā)生在中子流強(qiáng)度相對較低（或中子較少）時(shí)。

快中子俘獲，又稱R過程，是種子核（如鐵核）俘獲中子形成質(zhì)量為1、質(zhì)子數(shù)恒定的同位素核的過程。在新核發(fā)生β衰變之前，它俘獲了第二和第三個(gè)中子，形成了質(zhì)量增加的同位素核。直到質(zhì)量大到不能再大，β衰變才會發(fā)生。這個(gè)過程會產(chǎn)生比較重的元素，包括鈾元素和金元素。這種反應(yīng)通常發(fā)生在中子流強(qiáng)度較高（或更多中子）時(shí)。

一般來說，慢中子俘獲是指一個(gè)中子進(jìn)入并衰變一次；快中子俘獲是指一次俘獲多個(gè)中子并衰變一次。

顯然，為了生產(chǎn)黃金，“s過程”必須在宇宙深處進(jìn)行。如果“s過程”可能發(fā)生，則必須滿足以下條件：

首先，應(yīng)該有一個(gè)沒有雜質(zhì)的相對純凈的中子源。

其次，需要一個(gè)重元素原子核（比如鐵）作為“起始種子”來“捕獲”這些中子。

最后，這些物質(zhì)需要在極其高溫的環(huán)境中熔化。最好是在大爆炸的環(huán)境中，因?yàn)辄S金需要以高速從恒星中拋出，才能長途旅行。

第一位煉金術(shù)士：超新星

根據(jù)這些線索，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了隱藏在宇宙深處的第一位煉金術(shù)士：超新星。

大質(zhì)量恒星的核心不斷融合，形成較重的元素。起初，聚變產(chǎn)生的熱膨脹力足以抵抗巨大的重力。然而，當(dāng)核聚變繼續(xù)到鐵的階段時(shí)，由于進(jìn)一步核聚變的失敗，恒星的熱膨脹力喪失，因此恒星在重力的作用下坍縮，坍縮過程中產(chǎn)生巨大的能量，稱為超新星爆炸。

當(dāng)超新星發(fā)生爆炸時(shí)，恒星其內(nèi)部的核心被強(qiáng)大的重力擠壓，內(nèi)部的質(zhì)子和電子被迫熔合形成中子，從而將核心變成中子星。當(dāng)然，中子星也可用作純中子源。噴出的恒星物質(zhì)富含鐵和熱量，符合上述第二和第三個(gè)條件。

上世紀(jì)90年代，科學(xué)家們用電腦模型模擬了這一壯麗景象。當(dāng)一顆大質(zhì)量恒星的核心坍縮半秒時(shí)，它將繼續(xù)噴射中子超過一分鐘。同時(shí)，鐵心將不斷捕獲中子，產(chǎn)生令人垂涎的貴金屬，以及周期表底部的各種重金屬。

幾十年來，超新星爆炸并產(chǎn)生黃金的觀點(diǎn)最令人信服。然而，隨著計(jì)算機(jī)模型越來越精確，人們發(fā)現(xiàn)“煉金術(shù)士”超新星的能力可能有限，因?yàn)橹凶有前l(fā)射的中子似乎太少，只能建造一個(gè)小“拱頂”，這還不足以解釋宇宙中這么多大的“拱頂”。

例如，美國和歐洲共同體1985年發(fā)射的一顆衛(wèi)星曾經(jīng)探測到一顆含金量非常高的恒星。這顆星位于巨蟹座，雙子座以東，獅子座以西。它距離我們居住的地球16.9億光年，是太陽的9倍大?？茖W(xué)家推測，其表面有超過10000億噸的黃金，是地球上黃金含量的100多萬倍。超新星爆炸顯然不足以產(chǎn)生如此大量的黃金。

這樣，科學(xué)家就必須回到起點(diǎn)。但他們堅(jiān)信中子星是黃金生產(chǎn)中最重要的部分。因?yàn)樵谟钪嬷?，只有中子星才有這么多中子。問題是中子星有很強(qiáng)的引力場。我們怎樣才能使中子星發(fā)射出大量的中子？

更偉大的“煉金術(shù)士”

1974年，射電天文學(xué)家首次發(fā)現(xiàn)了第一個(gè)雙中子星系統(tǒng)。它們相互旋轉(zhuǎn)，如果一旦失去能量，這就意味著它們總有一天會相撞。

試想，在兩顆中子星最終合并成一顆更大的中子星或黑洞之前，在最后幾次旋轉(zhuǎn)中，它們會不會受到彼此巨大潮汐力的影響而噴出大量物質(zhì)？那是宇宙中最大的黃金來源。

哥倫比亞大學(xué)的理論天體物理學(xué)家用計(jì)算機(jī)模擬再現(xiàn)了煉金的輝煌景象。在核聚變之前，每顆中子星后面都有一條長尾，它將被加熱到數(shù)十億攝氏度。重核可以在大約一秒鐘內(nèi)形成。在這些中子星碎片中有如此多的中子，每一個(gè)都是一個(gè)非常大的核（這個(gè)核中沒有質(zhì)子，只有中子）。實(shí)際上，我們可以把整個(gè)中子星看作一個(gè)非常大的原子核。但是這些中子星碎片是不穩(wěn)定的。它們會不斷“腐爛”。衰變后，它們很容易形成金和鉑等重元素。

中子星聚變和超新星爆炸都能產(chǎn)生黃金。但這兩位煉金術(shù)士的能力大不相同。超新星爆炸能產(chǎn)生相當(dāng)于月球大小的黃金，而中子星聚變則能產(chǎn)生類似木星大小的黃金，比前者多出數(shù)萬倍！兩顆中子星的聚變是宇宙中最大的“煉金術(shù)士”！

哈佛-史密森天體物理中心的天文學(xué)家觀測到了由兩顆中子星碰撞引起的短時(shí)伽馬射線爆發(fā)。在持續(xù)數(shù)日的爆炸聲中，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了包括黃金在內(nèi)的大量重元素。它的含金量大約是月球質(zhì)量的100倍！

有很多爭議

中子星聚變是宇宙中最偉大的“煉金術(shù)士”？

其實(shí)沒那么簡單。有些科學(xué)家認(rèn)為這樣的天文事件非常罕見。與超新星爆炸不同，兩顆中子星的聚變需要兩顆中子星的偶然碰撞，這種概率每一億年才發(fā)生一次。用這樣一個(gè)小概率事件來解釋宇宙中黃金的主要來源似乎是不可靠的。

支持超新星爆炸理論的科學(xué)家認(rèn)為，如果超新星在強(qiáng)磁場的驅(qū)動(dòng)下爆炸，中子的噴發(fā)可能會越來越快，使鐵核更容易俘獲中子，產(chǎn)生的黃金量可能會更大。另外，超新星爆炸非常頻繁，也許超新星是宇宙黃金的主要締造者。

現(xiàn)在科學(xué)家們正嘗試找到證據(jù)來證明他們的觀點(diǎn)。例如，超新星爆炸后，它們的內(nèi)核可以凝結(jié)成星際塵埃粒子，然后墜落到地球上，在深海中沉淀。看看星際塵埃中金的比例和深海塵埃中金的比例是否一致。這表明地球上所有的金元素都來自超新星爆炸。如果不是，地球上可能還有其他的黃金來源。在中子星聚變之前，它會對時(shí)空產(chǎn)生巨大的影響并產(chǎn)生引力波?？茖W(xué)家可以“聽”引力波獲取中子星的聚變信息，也可以通過捕捉短伽馬射線爆發(fā)來跟蹤中子星的聚變時(shí)間。這樣，我們就可以知道中子星聚變產(chǎn)生的金的數(shù)量。

不管最終的結(jié)果是什么，也許科學(xué)家們會找到另一位煉金術(shù)士，但現(xiàn)在我們可以找到一個(gè)更浪漫的原因，為什么黃金如此吸引人，那就是我們戴著來自深空的星塵碎片。