2025年4月29日,《天體物理學雜志快報》發表了一篇顛覆性論文。美國Flatiron研究所和哥倫比亞大學的天體物理學家通過分析2004年一次磁星爆發事件,首次證實這類極端天體能在瞬間鍛造出相當于地球質量三分之一的黃金、鉑等重元素。這項發現不僅解開了困擾學界20年的觀測謎題,還刷新了人類對宇宙元素工廠的認知——磁星耀斑可能貢獻了銀河系10%的重金屬。
圖釋:在一次會導致其旋轉減慢的拋射中,磁星在這位藝術家的概念中被描繪成將物質流失到太空中。磁星強烈、扭曲的磁力線(以綠色顯示)可以影響帶電物質從物體(一種中子星)中流出的流動。圖片來源:NASA/JPL-Caltech
時間倒回2004年12月,NASA衛星捕捉到來自人馬座方向SGR 1806-20磁星的伽馬射線暴。最初幾秒釋放的能量超過太陽100萬年總和,但隨后出現的持續10分鐘的次級信號卻成了未解之謎。直到2024年,研究團隊用超級計算機模擬發現:磁星表面被撕裂的帶電物質在扭曲磁場中劇烈碰撞,觸發了制造重元素的快中子捕獲過程(r-process)。那些神秘的伽馬射線余暉,正是放射性元素衰變為黃金時發出的死亡信號。
圖釋:磁星如何產生重元素的圖形描述。圖片來源:Lucy Reading-Ikkanda/Simons Foundation
磁星本質是擁有萬億倍地球磁場的中子星,直徑20公里卻比太陽還重。它們形成于超新星爆發,每立方厘米物質重達10億噸。當磁場能量積累到臨界點,星體會像擰緊的橡皮筋突然斷裂,將相當于火星質量的星體碎片拋入太空。這些富含中子的物質在極端環境下發生鏈式核反應,每秒捕獲數十億個中子,最終定格在鉑(原子序數78)、金(79)甚至鈾(92)的原子核形態。
這個發現補上了元素周期表的重要拼圖。自2017年人類首次觀測到雙中子星合并產生重元素后,學界就意識到這類事件頻率太低,無法解釋銀河系現存的重金屬總量。如今磁星耀斑提供了第二個穩定貨源——銀河系平均每年發生數次此類爆發,而中子星碰撞每百萬年才出現幾次。更關鍵的是,早期星系缺乏雙中子星系統,但超新星爆發后立即形成的磁星,能在宇宙黎明時期就開始生產重元素。
數據顯示,單次磁星耀斑就能制造2×1021千克重金屬,相當于把整個火星熔煉成金塊。雖然比雙中子星合并的產量低兩個數量級,但勝在發生頻率高。二者共同作用,恰好匹配銀河系不同演化階段的元素豐度。未來NASA計劃2027年發射的康普頓光譜儀,將專門捕捉這類轉瞬即逝的伽馬射線余暉,就像通過余燼反推爆炸當量。
元素起源的故事遠未完結。地球上所有黃金總重約20萬噸,其中90%可能源自遠古時期的磁星爆發。你手上戒指的原子,或許誕生于某顆垂死恒星最后的絢爛。當科學家繼續追問剩余10%重元素的來歷時,答案可能藏在尚未發現的第三類宇宙熔爐里。
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