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(fā)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(shù)萬億倍。雖然那次耀發(fā)僅持續(xù)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(fā)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(xù)數(shù)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(fā)表的研究中，一個研究團隊發(fā)現(xiàn)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(fā)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(fā)后出現(xiàn)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(chǎn)生的。

r過程的發(fā)生需要充滿大量自由中子的極端環(huán)境，而這類條件只在如超新星爆發(fā)、中子星并合等劇烈天體時間中。中子星是超新星爆發(fā)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(huán)境。這是科學家首次直接確認r過程的發(fā)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(fā)

2024年，研究團隊通過建模計算發(fā)現(xiàn)：磁陀星發(fā)生巨大耀發(fā)時，其殼中的物質可能被噴射到太空中，在那里創(chuàng)造出r過程所需的極端環(huán)境。計算還顯示，在這些耀發(fā)中形成的不穩(wěn)定重放射性原子核，可在隨后衰變?yōu)榻鸬?strong>穩(wěn)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(fā)現(xiàn)，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(fā)后出現(xiàn)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(jù)。

金和其他重元素的新來源。（圖片素材/Simons Foundation）

根據(jù)計算結果，2004年那次磁陀星耀發(fā)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(jù)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(fā)，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(lián)系起來。目前，由于天文學家僅有一例磁陀星耀發(fā)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(fā)事件所產(chǎn)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(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)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(fā)可能在銀河系歷史的早期就已發(fā)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(fā)或許就是缺失的那一環(huán)。

#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