磁星剧烈耀斑爆发成炼金场解开宇宙「黄金谜团」

2025-04-30 | 来源: 自由时报 | 转到微信 | 有0人参与评论 | 字体: 放大缩小 | 收藏 | 打印

磁星模拟图。（路透档桉照）

宇宙中比铁还重的元素，如金、铂，最初从何而来，一直是天文物理学上的一大疑问，根据一份29日发表的研究揭开这类稀有重元素的一个令人意外的来源：拥有强大磁场的磁星（magnetar）剧烈高能辐射爆发，估计宇宙10%金、铂等重元素，都是因此形成。

根据美国国家航空暨太空总署（NASA）新闻稿和科学新闻网站Phys.org报导，磁星是高度磁化的中子星，磁场强度是地球磁场的数兆倍，在罕见情况下，当磁星发生类似地球上地震的「星震」，可能引发庞大的高能辐射爆发，称为「磁星巨型耀斑（giant flare）」。

2004年12月银河系磁星SGR 1806-20发生巨型耀斑，辐射出的伽玛射线，短短数秒就足以超越太阳百万年的总能量输出，当时欧洲太空总署（ESA）的INTEGRAL卫星观测到一强一弱两道讯号，相隔10分钟出现，当时科学家只能解释主要的强烈讯号，对于第二道较弱、但持续较久的讯号，20年来一直无法解释。

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美国哥伦比亚大学物理学教授梅茨格（Brian Metzger）和博士生帕特尔（Anirudh Patel），与纽约(专题)「熨斗研究所（Flatiron Institute）」旗下计算天文物理中心合作，重新检视NASA和ESA的观测资料，揭开当年那道较弱的讯号，正是金、铂等重元素诞生，放射性衰变所产生的伽玛射线馀晖，证实磁星巨型耀斑确实能产生大量重元素。

研究团队指出，磁星巨型耀斑过程中，将外壳物质抛射到太空，触发一连串被称为「快中子捕获过程（r-process）」的核反应，进而形成比铁更重的元素。研究人员估算，光是2004年那次耀斑事件，就可能产生相当于地球质量3分之1的重元素，而银河系中多达10%的金、铂等重元素，可能都来自于磁星巨型耀斑，由于磁星在宇宙相对早期就已存在，因此，宇宙中第一批黄金可能就是这样来的。

梅茨格说，「这确实是我们历来仅第二次，直接见证这种重元素形成的证据」，「这是我们在了解重元素之诞生上的一大跃进」。天文学家另一次证实重元素形成来源，是2017年观测到的一次双中子星碰撞事件。不过，中子星碰撞事件在宇宙历史上，发生时间太晚，无法解释最早一批金等重元素的来源。

这份研究29日在《天文物理期刊通讯（Astrophysical Journal Letters）》发表。帕特尔说，「想到我的手机或笔电里用到的一些（贵金属），是在银河系历史上一场这样的极端爆发事件中形成的，这真的很酷」。