2014年10月15日
中子星相撞模拟图。
科学的伟大之处在于能够向我们讲述我们是从哪里来的。不是指我们的个体，不是指人类，也不是指行星，而是指我们是由什么组成的。宇宙大爆炸锻造出了组成我们的所有基本粒子——电子和夸克——后者组成了质子和中子。在宇宙的早期阶段，在一片原始的混乱中，物质被创造了出来。但是这个创世熔炉随着宇宙的膨胀而逐渐冷却了。第一轮的创造没有能够出现比锂更重的原子，而锂是一种轻元素，仅排在氢和氦之后，列第三位。假如元素的创造到此为止，那么宇宙就会变得相当乏味。
幸好恒星接过了这一棒。超新星的爆发，以及在那些即将死亡恒星的外壳中，强大的力量把原子核焊接了起来，创造出更重的元素。卡尔·萨根的名言：我们，以及我们生命中的所有一切，都来自恒星——就是受了这一创造过程的启发。
但是这个浪漫的故事并未就此结束。恒星能产生的重元素并不太多，因此我们今天所见的各种各样的元素必然来自其他地方。有迹象表明，其余的重元素很可能来自宇宙中最奇特的住民之一——中子星。中子星是质量比太阳大许多的恒星在临终爆发后留下来的密度极高的残骸。这些奇特的天体间如果发生碰撞合并，那么就会产生明亮的短伽玛射线暴（GRBs）。它能为金，以及其他大个儿原子核的形成提供恰到好处的原材料和足够的能量。伽玛暴最早发现于20世纪60年代末期，当时有一些人造卫星被设计用来检测非法核试验，但是它们却意外地发现了来自深空的伽玛射线耀斑。军方于1973年将这些发现解密，随后学界开始研究它们，想知道它们是什么，完成这一任务花掉了将近20多年时间。
在天文学中，研究伽玛射线是比较困难的。它们无法穿透地球的大气层，也不会像普通辐射那样被反射。这些特点，以及由于军方保密的原因，大大地阻碍了揭开伽玛暴奥秘的进程。在一段时间内，学界中几乎所有人都在讨论伽玛暴，因为我们连它们究竟是发生在银河系内，还是银河系外，都不明确。20世纪90年代，一颗搭载有“暴及瞬态源实验装置（Burst and Transient Source Experiment (BaTSE)）”的人造卫星升空，数据缺乏的状况才有所好转。通过这颗卫星，天文学家确认了伽玛暴的两个类型：短伽玛暴和长伽玛暴。短伽玛暴从发生到结束不会超过2秒；而长伽玛暴可持续数分钟。1997年后，新获得的证据表明伽玛暴来自于银河系以外。这便意味着伽玛暴拥有极高的能量，是一些特别强大的宇宙事件，因为它们距离如此遥远，在事发数十亿年后，射线仍能到达地球，并被我们观察到。
随后事态开始变得明朗起来。长伽玛暴较为明亮，也较为常见，它们产生自极大质量恒星所带来的超新星爆发。超新星通常出现在产星区内，那里有许多大质量的恒星，它们的生命周期很短，因此爆发也较为常见。但是短伽玛暴不一样，它被认为是重元素产生的源头。2005年，科学家Derek Fox及其同僚在《自然》杂志上发表了一篇论文，阐述了他们如何利用X射线和射电观察，确定了一次短伽玛暴发生的位置。他们指出，这个产生伽玛暴的区域并非星系中通常发生超新星爆发的区域。因此学界对短伽玛暴的研究已经开始转向，许多人开始支持中子星碰撞假说。这是因为这类爆发持续时间极短，而普通恒星的爆发过程中有大量的原子核需要发生碰撞，还要发生其他一些有意思的现象，因此所需时间远不止2秒。
而中子星的相撞与之相比则相当迅速。中子星的所有质量都被压缩进了一个体积只相当于人类城市规模的球体中（外星城市另当别论）。它们不创造原子，而是一种原子核的物质形态：中子和其他粒子都被压缩进了一个炽热的小球中。假如超新星是氢弹，那么中子星就是上帝的碰碰球或粒子对撞机。它们被压缩起来，并在瞬间释放出来的能量在宇宙间是无与伦比的。
中子星的相撞就象相对论重离子对撞机，原子核对撞的速度将接近光速，相撞的后果是融合和重组，它们所混含的各类原子核会以一种非常有意思的方式重组。短伽玛暴象征的是那些原子核中含有大量中子的重元素的诞生——而中子星有的是中子。宇宙中几乎所有的金，和地球上所有的稀有金属，如铕，都诞生自这些碰撞。
近年来，在对伽玛暴的观测中，又获得了对中子星相撞假说更为有利的证据。虽然仍有一些谜团需要解开，比如这些伽玛暴的产物是如何聚集在一起，成为新恒星或新行星的原材料的。但是可以明确的是，这类大碰撞是重要的宇宙物质锻造过程。
作者：Matthew Francis
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