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?