您知道像黄金这样的金属元素是从何而来吗？这里所说的起源是它最初从无到有创生出来的那个那个来源。这个问题您思考过吗？

长期以来，人们一直推测金和其他重元素可以通过几种不同的方式形成：概括地说，要么是在大质量恒星的核心中、在中子星碰撞之时产生，要么是在超新星事件后喷出的热气体云进入太空的瞬间诞生。现在有一项新研究表明，地球上的金属元素的由来还可能与黑洞有着密切的关系。

这项研究发表在1月1日出版的《皇家天文学会月报》 上，它提出了一种理解重元素形成的新方法。研究认为重元素可以在围绕新生黑洞旋转的大量气体和尘埃（即吸积盘）中产生。

重元素是如何形成的？

天文学家认为，虽然元素在大爆炸后不久就形成了，但条件还不够冷，元素无法保持稳定。大约在大爆炸三四分钟后，早期的宇宙已经膨胀和冷却，足以形成有利于电子停留在原子核周围轨道的条件。这时最轻、最简单的化学元素——氢、氦和锂——形成了。这些元素聚集形成巨大的气态云，这些云最终在自身引力作用下坍塌，成为第一批恒星。在这些恒星的核心内，当它们变得足够大时，核聚变就开始了。

核聚变是将轻元素转化为重元素的过程。氢也恰好是恒星本身的命脉。将氢融合成其他元素的过程保持了恒星的稳定。一旦恒星消耗掉的氢燃料达到临界阈值之后，恒星的质量就决定了它此后的命运。像太阳这样的小天体会变成白矮星；中等大小的恒星变成中子星或脉冲星，质量最大的恒星会坍缩成恒星质量的黑洞。

只有较大的恒星才能产生更重的元素。这是因为这些恒星可以将它们的温度升高到比像我们的太阳这样较小的恒星更高的温度。这些恒星中的氢用完后，它们会经历一系列的核燃烧，依据产生的元素类型它会经历不同的核燃烧，例如，氖燃烧、碳燃烧、氧燃烧或硅燃烧。在碳燃烧中，元素通过核聚变产生氖、钠、氧和镁。当氖燃烧时，它产生镁和氧。氧接下来产生硅和元素周期表中硫和镁之间的其他元素。

接下来，这些元素会产生元素周期表上接近铁的元素——钴、锰和钌。然后，通过上述元素的连续聚变反应，产生铁和其他较轻的元素。不稳定同位素的放射性衰变也会发生。铁一旦形成，恒星核心的核聚变就会停止。

这是宇宙中最大恒星终结的开始。它需要大量的能量和热量来聚合其他重元素，尤其是铁。一旦铁开始在恒星的核心融合，它就会产生比融合过程用来抵消重力的能量更多的能量，从而保持恒星稳定并防止它自身坍塌。接下来会发生核心坍缩和超新星事件。在超新星爆发的瞬间，气体被喷射到太空中时，原子会发生碰撞，特别是中子的碰撞。

一旦这些原子开始结合，放射性衰变就会带来一个问题：在原子核被更多中子轰击之前，中子必须非常迅速地融合。重元素是由原子核连续快速捕获中子形成的，例如由铁-56，铁的一种常见同位素，或其他更富含中子的重同位素捕获中子形成。该过程也称为快速中子俘获过程（r 过程）。这个过程产生了大约一半的“重元素”——比铁重的原子核。

黄金从何而来？

来自德国、比利时和日本的一组科学家认为，黑洞在黄金这样的重元素的产生上也起到了重要作用。黑洞可能是在两颗大质量中子星合并后，以及一颗旋转恒星坍缩和爆炸期间形成。在这些极端环境中，中微子的高发射率会促进质子向中子的转化——导致中子过量，这是产生重元素的过程所必需的。

德国 GSI 亥姆霍兹重离子研究中心的天体物理学家奥利弗·贾斯特（Oliver Just）是这项研究的共同作者。他说：“在我们的研究中，通过详尽的计算机模拟，我们首次系统地研究了很多黑洞吸积盘结构的中子和质子的转化率。我们发现只要满足某些条件，这些吸积盘就含有非常丰富的中子。”

他说：“婴儿黑洞被认为被一个致密的热物质环包围着，这些热物质围绕着黑洞旋转并注入其中，就像水池里流向出水口的水一样。在这些环境中，大量中微子被释放出来，天文学家们长期以来一直假设 r 过程的重元素核合成可能因此而发生。”

模型和模拟表明，如果满足某些参数——比如满足特定质量和自旋标准的“婴儿黑洞”，如果周围的吸积盘足够大——中微子就会大量存在，那么融合可能会发生发生在吸积盘内。

不过，如果吸积盘的质量太大，逆反应会发挥更大的作用，因此更多的中微子在离开吸积盘之前被中子重新捕获。然后这些中子被转换回质子，这会阻碍 r 过程。

因此，“这个能产生重元素的最佳点是一个质量为太阳质量 1% 到 10% 的吸积盘。这意味着带着这个质量范围内吸积盘的中子星合并可能是重元素工厂”。

研究人员发现黄金的年龄与地球大致相同，大约有 45 亿年的历史，但并不确定它是如何形成的。太阳的质量几乎不足以将任何东西融合成金或银。事实上，它不能融合任何比氧气重的东西，氧气有 8 个质子。黄金由 79 个质子组成，所以它需要大量的能量来融合。而黑洞周围旋转的气体和尘埃中可能存在足够的能量。

因此，您戴在手指上的黄金戒指可能是数十亿年前的黑洞产生的，并通过小行星和彗星传送到地球。甚至可能是存在于巨大的星云当中，这些星云塌缩成了我们的太阳。