发现远古中子星碰撞，还给太阳系带来了大量黄金？

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两位天文学家认为他们已经找到了古代恒星碰撞的确切位置，正是那次碰撞让我们的太阳系拥有了大量珍贵的黄金和铂金——至少有一部分是这样。在发表在《自然》(Nature)上的一项新研究中，两人分析了一颗非常古老陨石中残留的放射性同位素，然后将这些数值与计算机模拟中子星合并产生的同位素比值进行了比较。中子星合并是一种灾难性的恒星碰撞，会在时空结构中引起涟漪。

研究人员发现，一颗中子星的碰撞可能为我们的宇宙邻居提供了许多比铁更重的元素，而铁有26个质子。这包括我们早期太阳系中约70%的铯原子和40%的钚原子，以及黄金和铂等贵金属。研究人员发现，总的来说，这一次古老的恒星碰撞可能为我们的太阳系提供了0.3%的重元素，而我们每天都携带着其中的一些元素。佛罗里达大学天体物理学家、这项研究的主要作者伊姆雷·巴托斯(Imre Bartos)说：在我们每个人身上，都会发现这些元素的含量高得惊人，它们大多以碘的形式存在，而碘是生命所必需的。如果你戴着一枚金或铂金婚戒，你也带着一些爆炸性的宇宙过去。

在NASA的模拟中，两颗中子星互相撕裂，形成一个黑洞。新研究表明，类似这样的恒星碰撞发生在46亿年前，离我们的太阳系非常近，给我们的宇宙邻居带来了许多对生命至关重要的重元素。图片：NASA Goddard

其中大约10毫克(0.00035盎司)可能是46亿年前形成的。钚、金、铂和其他比铁重的元素是通过一种称为快速中子俘获(也称为r过程)的过程产生的，在这个过程中，原子核在有时间进行放射性衰变之前，迅速地与一堆自由中子结合在一起。

这一过程只发生在宇宙中最极端的事件中（超新星爆炸或中子星碰撞）但科学家们对这两种现象中哪一种对宇宙中重元素的产生负有主要责任意见不一。在新研究中，Bartos和同事Szabolcs Marka(来自纽约哥伦比亚大学)提出中子星是太阳系中重元素主要来源的观点。

为了做到这一点，他们将保存在古代陨石中的放射性元素与中子星在银河系周围不同时空点合并的数值模拟进行了比较。这颗流星含有中子星合并产生的放射性同位素的残余，虽然它们在很久以前就衰变了，但它们可以用来重建太阳系形成时原始放射性同位素的数量。此前发表在《科学进展》(Science Advances)上的一项研究的作者们，曾用这块陨石上的钚、铀和铯原子的衰变同位素来估计太阳系早期存在的这些元素的数量。Bartos和Marka将这些数值插入计算机模型，计算出需要多少中子星合并才能将这些元素的正确数量填满太阳系。

一个随意的灾难

事实证明，如果中子星的合并距离我们太阳系足够近——在1000光年以内，也就是银河系直径的1%左右，那么单颗中子星的合并就能成功。中子星合并被认为在我们的星系中非常罕见，每百万年才会发生几次。另一方面，超新星则更为常见，根据欧洲航天局一项研究，银河系中每50年左右就有一颗大质量恒星爆炸一次。

巴托斯和马尔卡的结论是，超新星爆炸的频率太高，无法解释在太阳系早期流星中观测到的重元素水平，从而排除了它们可能是这些元素来源的可能性，然而，附近一颗中子星的合并完全符合这个故事。根据新研究，这些结果“照亮了”那些爆炸事件，正是这些爆炸事件帮助我们的太阳系变成了现在的样子。

博科园｜文: Brandon Specktor/Live Science

参考期刊《Nature》

DOI: 10.1038/s41586-019-1113-7

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