组成我们的元素，除了宇宙大爆炸产生之外，还有另一种神秘的来源

上面这幅插图显示了一颗大质量恒星生命末期的超新星爆发，该爆炸产生了一颗中子星或黑洞。（图片来源:欧洲南方天文台/L.卡拉达）

宇宙刚刚在大爆炸中“诞生”时，主要由氢原子和少量氦原子组成。这些是元素周期表中最轻的元素。几乎所有比氦重的元素，都是从大爆炸至今，在这138亿年间产生的。

恒星在核聚变过程中，产生了这些较重的元素。然而，这只会使元素至多像铁一样重。任何更重元素的产生，都只会消耗能量，而不是释放能量。

为了解释今天这些较重元素的存在，有必要寻找到能够产生它们的事件。看起来，伽马射线暴（GRB）——宇宙中最强大的爆发事件，是个比较合适的解释。这种爆发，通常可以由多种类型的事件引起。其亮度，可达到太阳亮度的百万的三次方倍（即：10后跟18个零）。

伽马射线暴分为两类：长暴和短暴。长伽马射线暴与大质量快速旋转恒星的衰亡有关。在大质量恒星末期坍缩过程中，高速旋转的能量、粒子，被喷射出，形成速度极快的窄射流束。

詹姆斯·韦伯太空望远镜的观测图像。

（图片来源：美国国家航空航天局/大卫·希金波坦）

而短暴只持续几秒钟，通常由致密型双星系统中两颗中子星（极高密度的“死亡”恒星）碰撞合并引起的。2017年8月17日，一个新发现能支持这一理论：LIGO（ 美国的激光干涉引力波天文台）、VIRGO（意大利的“室女座”引力波探测器），它们发现了一个引力波信号，似乎来自两颗碰撞合并的中子星。

几秒钟后，探测到来自天空同一方向的短伽马射线暴，被称为GRB 100817A。之后的几周时间里，地球上几乎所有的望远镜都在关注这一事件，都在尽可能的观测其后续发展状况。

本次伽玛暴事件 GRB 170817A是与一颗新的“千新星”相关联的。千新星算是超新星的亮度较暗的表亲(它们是典型超新星亮度的1/10到1/100)。更有趣的是，有证据表明，千新星爆发过程中产生了许多重元素。一位分析该千新星爆发的研究员，在《自然》杂志上撰文表示：这颗千新星似乎产生了两类不同的碎片或喷出物——其中一类主要由轻元素组成，另一类则由重元素组成。

我们已经提到过：核聚变只能产生元素周期表中，像铁一样重的元素。 但还有另一种事件过程可以解释，千新星是如何产生比铁更重的元素的。

快速中子捕获过程（或简称r过程），是指铁等较重元素的原子核，在短时间内捕获许多中子粒子。然后，它们迅速集结增加质量，产生出更重的元素。然而，为了保证r过程运作，需要合适的条件，即：高密度、高温度和大量可用的自由中子。而伽马射线暴，恰好提供了所有这些必需的条件。

然而，事实上，两颗中子星的合并——就像产生GRB 170817A伽玛短暴的两颗中子星的合并，是非常罕见的事件，以至于它们不太可能成为我们宇宙中大量重元素的来源。 那么，长伽马射线暴，又如何呢？

千新星和伽马射线暴的图示。图中，蓝色表示两颗中子星碰撞合并压缩物质，红色表示两颗中子星碰撞合并产物旋转时，喷射出的物质。（图片来源：亚伦.M.盖勒/西北大学/CIERA和IT研究计算服务）

科学家们特别研究了长伽马射线暴GRB 221009。它被戏称为BOAT——“有史以来最亮的”一次！ 这次长暴在2022年10月9日被探测到，它是一次席卷太阳系的强烈辐射脉冲。

BOAT引发了与千新星类似的天文观测活动。这次长伽马射线暴的能量，是之前有记录的最大爆发能量的10倍多。而且，这次长暴，离我们如此之近，测量它对地球大气层的影响后发现，其规模与一场大型太阳风暴相当。

詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）是研究BOAT后续状况的望远镜之一。因为最初爆发的能量光芒太盛，可能掩盖真实景像，影响望远镜工作。所以，科学家们选择在BOAT事件发生约六个月后，对其进行了观测。最后，JWST收集的数据显示：尽管该事件的爆发亮度非同寻常，但它只不过是由一次普通的超新星爆炸引起的。

事实上，之前对其它长暴的观测表明：长暴的亮度和与之相关的超新星爆炸的规模之间，并不是呈绝对的正比关系。BOAT事件似乎更证明了这个结论。

JWST团队还推断出了BOAT事件期间，理论应该产生的重元素数量。

但，他们实际并没有发现r过程运作。这很奇怪，因为从理论上讲，长暴的亮度被认为与其核心状况相关，最有可能就是黑洞。对于非常明亮的长暴事件——尤其是像BOAT这样极端明亮的长暴事件——应该是具备r过程发生条件的。

以上这些研究表明：伽马射线暴可能不是宇宙重元素的主要来源。那么，就肯定存在着一个或多个真正的来源。这就要等待未来的宇宙探索和科学研究去发现了。

BY:Robert Brose 罗伯特.布罗斯

FY: 椒椒

如有相关内容侵权，请在作品发布后联系作者删除

转载还请取得授权，并注意保持完整性和注明出处