一個神秘的信號

2004年12月，天文學家探測到一束異常明亮的輻射。他們很快就鎖定了其來源——一顆釋放出巨大耀發的磁陀星：SGR 1806–20。

磁陀星是一類擁有超強磁場的中子星，其磁場強度可達地球的數萬億倍。雖然那次耀發僅持續了幾秒鐘，但它釋放的能量卻超過了太陽百萬年所能釋放的總和。奇特的是，在耀發約10分鐘后，天文學家又探測到來自這顆磁陀星的第二個、較弱的信號，持續數小時。天文學家對這一信號的成因一直缺乏合理解釋，成為天體物理學中的一個謎團。

在一項于近期發表的研究中，一個研究團隊發現了一種此前未知的重元素形成機制，可用于解釋金、鉑、鈾等宇宙中最重的原子的起源。他們的計算表明，一顆磁陀星在一次巨大耀發中，就可能一次性合成出相當于27個“月球質量”的重元素。而這個機制，恰好可用于解釋20年前磁陀星耀發后出現的那個“神秘信號”。

宇宙中的重元素

我們日常所熟悉的許多元素，并非自宇宙誕生之初就存在。氫、氦和少量鋰是在大爆炸中生成的，而幾乎所有更重的元素，則都是在恒星內部或其劇烈死亡過程中逐步合成的。

對于較輕元素的起源，科學界已有了較為全面的理解；但對于那些比鐵更重的元素（如金、鈾、鍶等）究竟如何形成，仍存在不少未解之處。當前研究表明，宇宙中這些比鐵更重的元素中，大約有一半是通過快中子俘獲過程（r過程）產生的。

r過程的發生需要充滿大量自由中子的極端環境，而這類條件只在如超新星爆發、中子星并合等劇烈天體時間中。中子星是超新星爆發后留下的致密遺跡，其密度極高，一茶匙的中子星質量可超出10億噸。

2017年，科學家通過觀測，證實了兩顆中子星碰撞并合，能提供合成r過程元素所需的富含自由中子的環境。這是科學家首次直接確認r過程的發生地點。

然而，僅靠中子星并合不足以解釋目前觀測到的r過程元素豐度。因此，一些科學家開始懷疑：磁陀星是否也是一個可能的來源？

磁陀星耀發

2024年，研究團隊通過建模計算發現：磁陀星發生巨大耀發時，其殼中的物質可能被噴射到太空中，在那里創造出r過程所需的極端環境。計算還顯示，在這些耀發中形成的不穩定重放射性原子核，可在隨后衰變為金等穩定重元素，并同時釋放出高能伽馬射線。

令人驚訝的是，在新的研究中，研究人員發現，而這些伽馬射線的特征——如能量分布、時間曲線等，與2004年SGR 1806–20耀發后出現的“第二次信號”高度吻合。多年來，這個幾乎被遺忘的信號，如今被認為是金和鉑等r過程重元素形成的直接證據。

金和其他重元素的新來源。（圖片素材/Simons Foundation）

根據計算結果，2004年那次磁陀星耀發可能合成了大約2×102?千克的r過程重元素——這相當于地球三分之一的質量。據此推算，銀河系中約1%至10%的r過程元素可能來源于磁陀星耀發，其余則來自中子星并合。

r過程的未完成拼圖

長期以來，磁陀星活動與r過程研究屬于不同的研究領域，因此此前幾乎沒人將該信號與元素合成聯系起來。目前，由于天文學家僅有一例磁陀星耀發和一例中子星并合事件被明確證實與r過程元素的形成相關，因此尚難判斷二者的確切貢獻比例。

若要進一步厘清這些比例，還需要觀測到更多的磁陀星耀發事件所產生的信號。此外，研究人員也強調，不能排除還存在第三種、甚至第四種尚未被發現的r過程形成機制。

一次飛躍

這是人類第二次直接觀測到重元素形成的過程，第一次是2017年的中子星并合。新發現不僅是對2004年“神秘信號”的一次成功追溯，更是我們理解重元素起源的一大飛躍。

更具意義的是，磁陀星耀發可能在銀河系歷史的早期就已發生，從而解釋了為何在年輕星系中就已觀測到豐富的重元素——遠超出了僅有中子星并合所能解釋的水平。磁陀星耀發或許就是缺失的那一環。

#參考來源：

https://www.simonsfoundation.org/2025/04/29/flares-from-magnetized-stars-can-forge-planets-worth-of-gold-other-heavy-elements/

https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/adc9b0

#圖片來源：

封面圖&首圖：NASA/JPL-Caltech