恒星核聚变通常到铁就停止了，金银等重元素是如何产生的？

纵观人类历史，黄金作为一种贵金属，总是能够引人注目。它不仅是财富和地位的象征，还是国际贸易中的硬通货，是国家经济安全的保障。黄金以其稳定性和稀有性著称，然而，似乎我们从未听说黄金是在普通的恒星核聚变过程中产生。那么，黄金究竟如何在宇宙中诞生？

我们首先查看元素周期表，黄金位于表中的79号位置，这使其成为宇宙中最重、最稳定的元素之一。其它几种较重的元素如汞、铊和铅也有着相似的稳定性。

从大爆炸产生氢开始，较轻的元素在早期恒星的核聚变中形成，这些元素随着恒星的消亡被释放回宇宙空间。但是，像金这样的重元素的起源显得更加神秘。

今天，我们将探索宇宙的元素演化史，并探讨包括黄金在内的重元素可能的来源。

首先，大爆炸生成了氢、氦等轻元素。

在宇宙诞生之初，存在一个由高温稠密等离子体构成的海洋，物质与辐射的能量极高，两个可相互作用的粒子无法聚合。

质子和中子虽有强烈的电磁相互作用，但在大爆炸的高温下，它们间的相遇总会被一个能量极大的光子打断，当时的宇宙并不适宜重元素的形成。

然而，随着宇宙的膨胀和冷却，粒子结合的条件逐渐成熟。较轻的元素，如氢和氦，以及它们的同位素（包括少量锂）在大爆炸后逐渐形成。这些元素是我们宇宙的“原始物质”，是所有物质的来源。

接下来，恒星成为宇宙中的元素加工厂。

随着宇宙物质的冷却与引力的压缩，密集的分子云形成，诞生出宇宙中的首批恒星。这些恒星主要由氢和少量的氦组成，被称为III族恒星，几乎不含比氦更重的元素。

恒星内部的核聚变不仅将氢转化为氦，在最重的恒星中，甚至将氦转化为碳，进而合成氧、硅、硫等元素，直至形成铁、镍和钴。当恒星的燃料耗尽时，它们开始塌缩并爆炸，产生Ⅱ型超新星爆发。

超新星爆发后，核心坍塌成中子星或黑洞，外层物质被抛散回宇宙，这些富含轻元素的物质重返星际空间，成为新一代恒星的组成部分。

而在超新星爆发的过程中，核心中子星释放的中子能迅速形成重元素，沿着周期表一直到地球上那些已经衰变的重且不稳定的元素。

然而，形成重元素的过程并未就此结束。

观察到的元素比例（元素丰度）表明，重元素的形成还有其他途径。当我们考察第二代恒星（即富含轻元素的II族恒星）时，发现它们在铁元素（以及更重元素）的含量上与太阳有显著差异。

太阳作为第三代恒星，其体内的碳、氮、氧和硅的含量比II族恒星还要丰富，这表明在太阳系形成之前，有更多的恒星曾燃烧、消亡，并将物质抛回到星际空间。氢元素的比例与理论预测相符。

但对于真正的重元素，如铁、锡至金，它们的含量似乎超出了超大质量恒星成为超新星所能产生的重元素的范围。

因此，必须有其他机制在创造这些重元素，并且这个过程与轻元素的形成完全不同。因为聚变和超新星已经无法再产生更多的重元素了。

直到最近几十年，我们才找到了重元素来源的理论依据。

在宇宙中，早期形成的超大质量恒星遗留的中子星遍布各处；据估计，在每个银河系大小的星系中，有数十亿颗中子星。其中，多数中子星在其恒星系统中是孤立的，但也有形成双星或三星系统的情况。

中子星有时会发出无线电能量束，当它们旋转时，会向我们发出“脉冲”，即脉冲星。在我们的银河系中，已经发现了双脉冲星这样的双星系统。

根据爱因斯坦的广义相对论，双脉冲星的轨道会随时间衰减，最终可能发生碰撞。

设想两颗中子星——两个质量与太阳相当、中等城市大小、由中子构成的物体发生碰撞时，会是怎样的景象？

这场中子星的死亡大戏极为壮观！它们可能会（也可能不会）形成一个黑洞，但一定会发生的是，中子星在短时间内被摧毁，向宇宙抛射出数千地球质量的重元素。这些重元素，包括地球上存储的大部分元素，都是来自中子星。

总结来说，当我们看到手腕上或颈部佩戴的黄金饰品时，应该感激那些为创造地球上元素而生存和消亡的恒星们，尤其是那些经历了两次死亡——一次在超新星爆发中，一次在伽马射线爆发中的中子星。

据估计，在类似银河系的星系中，每10000到100000年会发生一次中子星的碰撞。这意味着在太阳系形成之前，我们的星系中可能已经发生了大约100到100万次的中子星合并，极大地丰富了星际物质中的重元素。想到这里，你会不会对雷神之锤和手上的黄金有了新的认识？

这不仅是黄金的宇宙故事，也是我们地球上所有重元素的宇宙故事！