两颗中子星曾在太阳系附近碰撞,带来地球的金、银贵金属

过去,科学家不清楚宇宙中的重金属金、铀来自何方,直到2年前我们确认起源自双中子星碰撞。现在,科学家通过仿真发现46亿年前,确实曾有2颗中子星在太阳系附近“会车”暴力碰撞,从而为地球带来金、铂、铀等这些珍贵的重金属。

我们知道,周期表中最轻、宇宙中含量最多的两种元素氢与氦,来自大爆炸最初20分钟的“太初核合成(BBN)”过程,其他自然存在的元素都是之后经自然核合成产生,比如恒星核合成;但是根据能量守恒定律,恒星核合成也只能生成元素周期表中介于氦~铁、镍之间的较轻元素​​,比铁还重的元素如金、银、铂、铀等,起源便一直不清楚。

直到2017年,天文学家们宣布发现双中子星碰撞并释放重力波的大事件,除了进一步巩固​​爱因斯坦理论外,还顺道加码解决了宇宙三大悬案:元素周期表中重金属的来源、伽玛射线暴的起源、以及千新星(kilonova)事件起源。

天文学家在双中子星碰撞的后续研究中证实,两颗中子星撞击整合后会引发一连串“快中子捕获过程(或称R-过程)”,生成更重的元素,自此,超新星爆炸和中子星整合都被认定为R-过程重元素的潜在来源。

换句话说,地球上的重金属不是来自超新星爆炸,就是来自双中子星撞击,究竟是哪种事件带来球上物以稀为贵的金、银?由于超新星爆炸发生频率较高,双中子星碰撞每百万年则只会出现几次,当我们回顾过去时,如果发现重金属元素的含量变化平平稳稳,则应该是来自超新星爆炸;如果重金属元素含量在某一时期忽然出现高峰,则应该来自罕见的双中子星碰撞。

现在,哥伦比亚大学天体物理学家Szabolcs Márka、佛罗里达大学天体物理学家Imre Bartos团队,从太阳系的古老陨石样本中收集数据进行计算仿真,发现重金属元素丰度在太阳系形成前约8,000万年忽然飙升,据推断应该是单一事件,表明距离现今太阳系约1,000光年处,曾有两颗中子星暴力会车,产生重金属。

也许,你手上的金制结婚戒指约有10毫克就形成自46亿年前。科学家下一步希望重新升级完毕的LIGO、Virgo重力波天文台,可以发现更多中子星碰撞事件,以帮助创建更完善的模型。最近,LIGO、Virgo发布了可能发现中子星和黑洞碰撞之重力波的消息,或许又是天文界一大重弹。新论文发布在《自然》(Nature)期刊。