恒星聚變一般只能到鐵元素，那么更重的元素比如金是如何形成的？

“不要為了得到這個世界而失去你的靈魂；智慧勝過金銀。”——鮑勃·馬利

縱觀有記載的人類歷史，黃金令無數英雄和探險家盡折腰，黃金也一直被人們視為財富和美麗的終極象征，包括現代社會黃金也是國際上的硬通貨，是一個國家對抗經濟風險的財富儲備。大家都知道黃金以其穩定性和稀有性所著稱，但是我們回想下貌似從來也沒有聽說過大爆炸和普通恒星聚變產生了金元素，那么問題來了：宇宙中的黃金是怎么誕生的？

我們先來看看元素周期表，黃金在元素周期表上的位置稍微靠上一點，位于元素79號，這使得金元素成為宇宙中最重的、穩定的、自然存在的元素之一。其實還有三種較重的元素汞、鉈和鉛也很穩定。

宇宙中的元素始祖——氫，是在大爆炸期間產生的，相對較輕的元素是在早期的恒星聚變中產生的，恒星死亡后并把自己一生鍛造的元素重新拋灑到宇宙中，但是相對較重的元素，如金的起源則更加神秘和復雜。

今天我們就瀏覽一下宇宙的元素歷史，討論一下包括黃金在內的重元素最有可能來自哪里。

宇宙中氫、氦等輕元素來自大爆炸

在宇宙的早期，只有一片熾熱、稠密的等離子體海洋，物質和輻射的能量極高，任何兩個可以相互作用的粒子都無法結合，就像我們常常聽到的:那是一鍋熾熱的原始物質濃湯。

即使是單個質子和中子，它們之間有很強的電磁相互作用，但是在它們彼此相遇的那一刻，也會遇到一個能量足夠大的光子會把它們"一腳"踢開，這時的宇宙溫度不允許有任何較重原子核的存在。

然而，隨著時間的推移，隨著宇宙在快速膨脹下逐漸冷卻，這時的輻射能量已將無法阻止粒子之間的結合了。這意味著形成的較重原子核在往后的時間內可以穩定地存在很長時間。宇宙中最輕的元素氫、氦及其各種同位素(還有少量鋰)，在大爆炸之后就是這樣形成的。這些元素也是宇宙一開始賜予我們的“啟動物質”，是萬物的來源。

恒星加工廠的產品——較重元素，并形成少量的重元素，但是豐度遠遠不夠

又隨著時間的推移，萬有引力發揮了它的“魔力”，將已經冷卻的物質壓縮成密集的分子云，最終形成宇宙中的第一批恒星。這些恒星主要由氫和少量氦組成，被稱為III族恒星:恒星中幾乎沒有比氦更重的元素。

隨后恒星開始充當了宇宙元素加工廠，不僅在它們的核心將氫聚變成氦，而且最重的恒星將氦燃燒成碳，然后繼續合成碳、氧、硅和硫等元素，直到它們核心變成鐵、鎳和鈷！最終，當恒星的核心耗盡可燃燃料時，恒星開始塌縮，形成Ⅱ型超新星爆發！又稱為核坍縮型超新星爆發！

需要注意的是：這里說的都是大質量恒星，最少也是8個太陽質量，才會聚變到鐵核。當鐵核的質量大于1.44倍太陽質量（錢德拉塞卡極限，但不一定都要等于這個值），鐵核會繼續向內坍縮。

超新星爆發后最內層的核心會坍塌成中子星或黑洞，但最外層會被重新拋回到宇宙。這些富含氫、氦、碳、氧和其他一些相對較輕的元素被送回星際介質中，它們又會成為未來幾代恒星的一部分。

上圖：斯皮策太空望遠鏡(紅色)，哈勃太空望遠鏡(橙色)，錢德拉X射線天文臺(藍色和綠色)

同樣，在超新星爆發的過程中核心中子星也會噴射出大量的中子，使比鐵重得多的元素迅速形成，一路沿著周期表到達地球上所有已經衰變掉的重而不穩定的元素。

我們只找到了一部分重元素

這就是重元素形成的全部過程嗎？不不不！在解釋宇宙時，僅僅創造出了重元素是不夠的；我們需要按照我們觀察到的元素存在比例（元素豐度）來尋找它們。當涉及到相對較輕的元素，如碳、氧和硅時，它們的比例確實起源于這個過程。但重元素的比例還遠遠不夠！

當我們觀察II族恒星時，也就是宇宙中第二代恒星，我們發現，雖然第二代恒星富含輕元素，但與我們的太陽相比，它們嚴重缺乏鐵元素(鐵元素就是26號元素)和更重的元素。

我們的太陽被稱為I族恒星，也就是第三代恒星，它和我們星系的其他恒星非常相似，太陽的碳、氮、氧和硅的含量比II族恒星還要多，這表明，在我們的世界誕生之前，有更多的恒星曾在我們這里生活過，燃燒過，最終變成超新星，并將自身的物質拋回到星際空間。氫元素的比例是沒問題！

但是真正的重元素，從鐵、錫到金，甚至更多重元素的比例，比這些超大質量恒星變成超新星所產生的重元素高得令人費解。

宇宙元素豐度圖

這些重元素的形成一定另有原因。一定是別的什么東西在創造這些重元素，而且一定是以一種不同于輕元素的方式來創造重元素！因為聚變和超新星已經指望不上了！

直到最近幾十年間，我們才得到了重元素來源的理論支撐。

宇宙中充滿了早期形成的超大質量恒星遺留下來的中子星；據估計，在現存的每個銀河系大小的星系中，有數十億顆中子星。大多數情況下，這些中子星是它們恒星系統中唯一的一顆中子星，但也有特殊情況，中子也會形成是雙星或三星系統。

中子星偶爾會發出無線電能量束，當它們旋轉時，會向我們發出“脈沖”:這就是脈沖星。就在我們的銀河系中，我們發現了雙星系統的證據，其中兩顆恒星都是向我們發出脈沖的中子星稱為雙脈沖星！

根據愛因斯坦的廣義相對論，我們知道像雙脈沖星的軌道會隨著時間的推移而衰減，如果有足夠的時間，脈沖星軌道最終會互相衰減并相撞。

那么你認為當兩顆中子星，也就是兩個質量接近太陽的物體，一個中等城市大小，完全由中子組成的物體，相互碰撞時會發生什么?

中子星死亡的場面十分震撼！它們可能會（也可能不會）留下一個黑洞，但肯定會發生的是，中子星在短短的時間內被徹底摧毀，將價值數千地球質量的重元素噴射到宇宙中！這是宇宙中大部分黃金、鉑、汞、鉛和鈾的來源地，包括地球上幾乎所有儲存的重元素也都來自中子星。

總結

當你看到你手上、脖子上的黃金飾品時，你要感謝那些為了創造地球上的元素而生存和死亡的所有恒星，也要特別緬懷中子星，因為它經歷了兩次死亡：一次在超新星中，一次在伽馬射線爆發中！

據估計，每一個類似銀河系的星系中，中子星的碰撞事件每10000到100000年發生一次，這意味著在太陽系形成之前，在我們的星系中大約有100到100萬次中子星的合并，使星際物質中富含重元素。我們還應該想到的是，雷神之錘取自于中子星，而你手上的黃金同樣也來自中子星，這意味著什么呢?

這不僅是關于黃金的宇宙故事，而且當今世界上所有重元素的宇宙故事！