长久以来,科学家已知超新星爆发与中子星碰撞能生成黄金,其核心原理是这些极端事件会形成超高中子密度环境,促成“快中子俘获”过程。原子核在短时间内迅速俘获大量中子,经一系列衰变后,便能生成包括黄金在内的重元素。
但观测数据显示,这两种事件的发生频率,远不足以解释宇宙中黄金的实际丰度。这意味着,宇宙中必然存在其他未知的黄金生成机制,而磁星的发现,为解开这一谜题提供了新方向。
磁星是中子星家族中的特殊成员。大质量恒星爆发超新星时,核心物质被极致挤压,电子与质子融合成中子,形成直径仅十余公里、质量为太阳1.35至2.1倍的致密天体,即中子星。磁星不仅继承了中子星的超高密度,还拥有极强的磁场,强度可达10¹⁵高斯,是地球磁场的上亿倍。
中子星并非全由中子构成,约95%为中子,其余多为铁等原子核,外层还分布着少量质子和电子,磁星也拥有这样的“地壳”结构。不同的是,磁星地壳承受着内部极端物质状态与外部强磁场的双重压力,达到临界值时会发生撕裂,引发剧烈的“星震”。
研究人员提出,磁星星震发生时,地壳下方区域会瞬间被加热至极高温度,释放大量中子。同时,地壳中的原子核松动,又被超强磁场束缚在特定区域,通过快中子俘获生成大量重元素,其中就包括黄金。而这些新生重元素,需借助星震伴随的“巨型耀斑”抛射至宇宙空间。
巨型耀斑是磁星最剧烈的爆发事件,几秒内释放的能量相当于太阳数万至数十万年的总辐射量,伴随强烈伽马射线暴和X射线暴,能将生成的重元素高速抛向宇宙,成为恒星、行星形成的原料。
为验证理论,研究团队聚焦2004年12月27日的一次伽马射线暴,该事件源自磁星SGR 1806-20的星震耀斑,是人类探测到的最强、数据最详尽的伽马射线暴之一。分析发现,其伽马射线谱线与不稳定重原子核衰变的理论信号完美契合,证实磁星可大量生成黄金。
估算显示,此次耀斑仅生成的重元素就达地球质量的三分之一,其中包含海量黄金。尽管磁星巨型耀斑不常见,但宇宙的浩瀚与漫长历史,足以让这些低频爆发累积起可观的黄金储备,为宇宙黄金丰度提供了合理解释。这一发现,也让人类对宇宙重元素的起源有了更全面的认知。