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1.7秒就能产出200颗地球重的黄金,还有矿泉水的精华——锶

重元素从哪里来?

恒星的能量来自核聚变,相信很多朋友已经知道了。

但同样是从氢开始的聚变,每一颗恒星的程度是不同的,像太阳这么大的恒星最多只能生成氦、碳和极少量的氧就会停止核聚变,这是因为太阳的温度不够,无法启动更高阶的聚变。

如果是比太阳大好几倍的巨型恒星,其内部的聚变的链条是这样的:氢(H)→氦(He)→碳(C)→氧(O)→氖(Ne)→镁(Me)→硅(Si)→硫(S)→钙(Ca)→铁(Fe)。不过这根链条也会在积累铁的时候迎来终结。

因为从铁开始后的元素聚变是吸收能量的。一但恒星中已经开始积累铁了,内核的能量供应就会下降,而恒星中的绝大多数物质其实是被核心吹胀起来的,一但失去托力也就会向中央掉落。我们都知道物体在高处比低处有更多的能量,这些气体也是如此,一但掉落就会释放巨大的热能,将所有积累的重核元素一下子瞬间聚变,成为一场巨大的爆炸,也就是超新星爆发。

那么我们现在一定发现了一个问题,目前恒星中可以生产的元素似乎到铁就结束了,可是我们地球上就有几乎元素周期表上所有的天然元素,那些铁之后的元素是从哪里来的呢?比如,闪闪发亮的黄金?

落红不是无情物,化作春泥更护花。

像太阳这样比较小的恒星死后会留下一颗白矮星,而大于三倍太阳质量同时小于八倍太阳质量的恒星死后会留下一颗中子星。

不要以为这就是一切的终结了,有些故事其实才刚刚开始,中子星中藏着地球生机勃勃的秘密。

之前我们说到恒星的内核发生聚变产生能量,而外层物质则被“吹胀”了起来,那么如果太空中有很多不能发生聚变的物质呢?它们就只能在引力的作用下强力地吸引在一起,变成一个极致密的球,因为原子都被引力压塌了,质子与电子发生电性中和变成了中子,所以我们叫它中子星。

在宇宙中有一些与我们太阳不太一样的双星系统,就是两个恒星组成的、彼此围绕着旋转的系统,它们在先后死亡后就可能留下两个中子星,如果因为一些来自其它区域的扰动,它们之间的平衡就有可能被破坏,进而撞到一起去!

这就是中子星合并,也是宇宙中最极端的天文现象之一,又名千新星爆发。

中子星的合并与我们想象中行星撞击完全不同,因为中子星都是在高速旋转的,有些甚至可以达到光速的25%!它极高的转速会从两极喷射出非常高能的电磁波,所以中子星也叫脉冲星。这样两个高速旋转的天体撞到一起,它们的飞溅出来的物质也会和电磁波一样,以极高的旋转速度从两极端喷射而出。

而绝大多数铁之后的元素也在这一次极剧烈,极狂暴的核反应中生产出来。中子星强大的动能让喷射物中充满了高密度的自由中子流,这些中子可以直接“塞”到铁元素的原子核中变成一些巨大而不稳定的原子核,这些原子核内多余的中子进一步发生β衰变,化为质子与电子,就成为了各种高阶元素。

观测到的证据

这本来是一个理论上假设,但在2017年的8月,发现引力波的大功臣,LIGO天文台和意大利的处女座探测仪合力捕获到了一个中子星合并的引力波,发生在1.3亿光年外的NGC4993号星系中。这次合并事件全过程仅仅1.7秒,但根据计算至少创造出了大约200个地球质量的黄金,总的重元素占到了太阳质量的6%,相当丰富。

之后的费米伽玛射线望远镜也探测到了本次事件,天文学家们给事件命名为GW170817,而合并后留下的残骸——也就是千新星,其编号为AT2017GFO。通过光谱探测,天文学家发现其中含有大量的重元素,从证据上确立了重元素来自中子星的合并。

在这之后的两年里,天文学家一直对这颗千新星进行着持续的研究,不久前,一个天文学科研团队将一篇有关该千新星的研究成果发布在了顶级学术期刊《自然》上,他们发现中子星合并产物中含有锶元素,这是一种在地球上也相当罕见,但是对人体健康有着非凡意义的微量元素,对骨骼和牙齿的发育有重要帮助。

一般市场上销售的矿泉水也会主打锶元素的含量,通常为0.2毫克每升,这些极微小而重要的元素都是来自太阳系形成之前的某一次中子星合并,细细一想,真是令人神游太古,心醉意迷呀……


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来自:但愿人长久9  > 科普知识
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