宇宙中的黄金从何而来？新研究找到线索

宇宙中星体爆炸等剧烈事件产生黄金。

一份新研究发现，由两颗中子星对撞产生的、带有特定质量吸积盘的黑洞，产生了宇宙内大量的重元素，包括黄金。

宇宙中像黄金、铀这一类的重元素是怎样产生的？科学家知道所有的重元素都不是地球上自有的，是宇宙空间内各种剧烈事件产生的，比如恒星的爆炸、中子星的合并等，但是对于具体的生成过程并不明确。

新的研究从理论上探明了这一过程的部分情况：由两颗中子星对撞产生的黑洞，如果其周围的吸积盘质量不大也不小，正好介于太阳的0.01倍～0.1倍之间，这样的吸积盘就是产生重元素的理想环境。研究者认为，宇宙中很大一部分重元素应该就在这类吸积盘内产生。

多种剧烈的天文事件都会生成黑洞，人们比较熟悉的是恒星死亡之后坍塌成黑洞。2017年科学家从探测到的引力波信号，第一次发现两颗中子星对撞也会变成黑洞。中子星是某些恒星爆炸后剩下的残骸。

研究人员猜测黑洞周围的吸积盘，是产生重元素的关键所在。吸积盘是环绕在黑洞周围的一圈高温、高密度物质。

科学家对吸积盘内的物质构成还不是很了解，特别是里面大量中子的来源，而大量的中子是合成重元素的一项基本条件。于是他们使用最先进的黑洞模型模拟这些天体的情况，发现原来黑洞周围吸积盘的质量与产生重元素存在密切关系。

理论上说，质子捕获电子后放射中微子，变成中子。这些中子再触发中子捕获过程（r-process，也称R-过程）合成重元素。但是，质量接近零的中微子在这个过程中起到重要的作用，它既可以促进质子变成中子，也可以使得中子变回质子。研究人员发现，吸积盘的质量对哪个过程占主要地位起到关键作用。

主要研究者之一德国亥姆霍兹重离子研究中心（GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH）的贾斯特（Oliver Just）说：“我们的研究第一次考查了多个黑洞周围吸积盘质量不一样的情况，研究了里面中子和质子的转换率。我们发现，吸积盘的质量在一定范围内，才会出现大量中子。”

“吸积盘的质量是决定因素。吸积盘质量越大，质子变成中子的比例越高，质子捕获电子后释放中微子，变成中子。这些中子通过R-过程合成重元素。然而，如果吸积盘质量太高，反向过程发生的比例增加，即中微子还没来得及离开吸积盘又被中子捕获变回质子，从而阻碍R-过程。”

最后，研究人员发现质量介于太阳的0.01倍～0.1倍的吸积盘，才是合成重元素最理想的条件。而具有如此质量的吸积盘，一般出现在中子星合并的黑洞周围。

研究人员目前尚不明确，由恒星坍塌产生的黑洞，是否能产生质量在这个范围内的吸积盘，或者产生的比例有多少。

研究负责人鲍斯温（Andreas Bauswein）说：“现有的数据还不充分。等新一代设备——反质子与离子研究装置（Facility for Antiproton and Ion Research，简称FAIR）建成后，将能够进行精确的测量。到时候把理论模型、实验和天文观测数据全部结合起来，相信未来几年我们就能验证中子星对撞事件怎样触发R-过程（产生重元素）的理论。”

这份研究10月8日发表于《王家天文学会月刊》（Monthly Notices of the Royal Astronomical Society）。