宇宙中的鐵和黃金是怎樣產生的?真的存在黃金星球嗎?

2020-12-04 東城觀星

其實黃金和鐵都不是超新星爆炸產生的,只是通過超新星爆炸釋放出來。

根據人類現有對恆星的研究,發現恆星主要是通過核聚變來產生能量。而核聚變的過程就是合成元素的過程,換句話說,元素是恆星核聚變過程中產生的,而不是超新星爆炸時產生的。

先說說元素合成的過程,再說釋放的數量。

不是所有恆星都能產生鐵和黃金,只有大質量恆星才可以。像太陽這樣的恆星,主要合成氦元素,當氦元素發生核聚變時,其釋放的能量比氫聚變釋放的能量更高,內層氦聚變放出的能量引起太陽膨脹,有機會超過太陽引力的束縛而爆炸,這就是氦閃(流浪地球上設定的太陽末日就是氦閃)。氦聚變主要合成碳和氧,很難合成更重的元素。

比太陽質量大得多的恆星,氦聚變不足以破壞恆星結構,就可以繼續發生更難進行的聚變,比如碳聚變、氧聚變甚至矽聚變。這些聚變在大質量恆星中是分層進行的,越往內層聚變的元素和生成的元素越重。

但是,聚變不會無限聚合下去,當矽及鄰近元素核聚變生成鐵元素時,不僅不能釋放能量還需要吸收能量。這樣就會出現外層聚變釋放能量,內層聚變釋放能量的狀態。這個狀態一旦進行到一定程度,就會發生爆炸,也就是超新星爆炸,所以鐵元素等也被成為恆星殺手。超新星爆炸會把恆星合成出來的元素拋射到宇宙空間,形成星雲。星雲冷卻後,有可能成為下一代恆星和行星的原料。據估計,太陽至少是第三代恆星,所以太陽系一開始就有很多重元素(鐵和金等。)

整個聚變過程並不能直接合成鐵以後的元素,也包括金。據推斷,金等重元素是由鐵元素經過多次中子吸收演變過來的。越往後面的元素合成越困難,比如金元素原子量是197,而鐵元素的原子量是56,如果一個一個往上加中子的話,需要加141個中子,可以說非常困難,雖然恆星核心有足夠多的中子,但合成黃金依然不是很容易的事。所以黃金在整個宇宙都是稀有的元素。

還有一種合成黃金的方法,就是中子星撞擊。中子星撞擊產生大量碎片,這些碎片自身引力小,不足以維持中子聚合狀態,就會衰變成普通物質,就可以生成各種元素。而這種方法生成黃金,要比鐵元素吸收中子合成黃金容易很多,也就生成的更多一些。這個在上次中子星撞擊觀測中,已經探測到了黃金的生成。

好了,大概了解了黃金和鐵的生成原理了,下面就了解一下能生成多少的問題。

宇宙中到底有多少鐵和黃金誰都不知道。但我們人類可以最直接研究,也可以獲得的最準確的數據,就是太陽系中的含量。其他星系不一定相同,但難以獲得準確值。

太陽系中物質被認為是來自於上一代恆星的超新星爆炸,現有的物質,也就是超新星產生的物質。太陽系的物質,按原子個數有99.86%是氫和氦。按重量有97%是氫和氦。其他所有元素加起來只佔一個零頭。但在丟失了絕大多數氫和氦的巖石行星比如地球上,各種元素就比較可觀了。

經測算,地球上有32%的鐵和160ng/g(每一噸地球物質中大概有0.16克黃金),這些鐵和黃金主要集中於地核。地殼物質中鐵含量大概是6%左右,金是每噸地殼物質中0.0013克。這個數據是經過地球化學家多年測算總結出來的,應該可以代表太陽系物質的情況,也就大概可以說明太陽之前的超新星爆炸產生了多少黃金和鐵。

據網絡媒體報導,遠在2700光年外,發現了一顆黃金星球「巨蟹座k星」,其實有些言過其實,一顆恆星怎麼可能是黃金構成的呢?主要成分都是氫和氦,只是根據金屬含量和太陽比較,含黃金更多一些而已,遠達不到全是黃金的水平。有些自媒體想當然地認為其外層是黃金的,內層是錳的。這完全不可能,恆星如果外層是黃金,那還叫恆星嗎?更何況這是一顆比太陽還大3倍的恆星?

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    他們的分析揭示了所有比鐵重的元素的形成都是在這些巨大的碰撞中形成的。但一項新的研究表明,這些碰撞不會產生足夠多的黃金,不足以解釋我們在宇宙中看到的黃金的數量。金元素在恆星中形成,在中子星的碰撞中形成,在一種特定類型的超新星爆發中形成。當原子在大爆炸後第一次形成時,只產生了氫和氦。其他元素都是在大質量恆星的中,或在恆星超新星的巨大爆炸中形成的。