我們是星塵，也是宇宙大爆炸的灰燼！萬(wàn)物的起源就是這么簡(jiǎn)單！自2017年LIGO引力波天文臺(tái)探測(cè)到兩顆中子星相撞時(shí)產(chǎn)生的引力波以來(lái)，便在宇宙和整個(gè)天文界引發(fā)了電磁和時(shí)空漣漪。

這一備受期待但從未以這種方式出現(xiàn)過(guò)的非凡事件（中子星碰撞），不僅為我們提供了一些有關(guān)恒星死亡的新數(shù)據(jù)點(diǎn)——從根本上改變了人類對(duì)組成我們的原子從何而來(lái)的理解。

你可能聽(tīng)說(shuō)過(guò)“我們是星塵”，這并不錯(cuò)誤，但這也不是全部。從根本上說(shuō)，恒星是一臺(tái)煉金術(shù)機(jī)器，恒星開(kāi)始時(shí)是一個(gè)主要由氫組成的巨大球體，在自身引力的壓力下，慢慢地?cái)D壓其中心區(qū)域。恒星的核心最終變得又熱又密，變成一個(gè)核反應(yīng)堆，將氫聚變成氦。在太陽(yáng)的核心，這個(gè)過(guò)程每秒將數(shù)億噸氫轉(zhuǎn)化為氦，我們從地球上接收到的陽(yáng)光本質(zhì)上只是核反應(yīng)產(chǎn)生的余熱。絕大多數(shù)恒星就是這樣度過(guò)它們的一生：不斷地燃燒自己。

將氫轉(zhuǎn)化為氦，持續(xù)數(shù)十億年，在恒星最后的死亡陣痛中，當(dāng)恒星變成準(zhǔn)備排出外層的（紅巨星）時(shí)，聚變會(huì)爆發(fā)，產(chǎn)生鋰、碳和氮，以及少量較重的元素。然而，要填滿元素周期表的其余部分，需要比太陽(yáng)大得多的恒星。一顆質(zhì)量大約是太陽(yáng)8倍的恒星，其中心有一個(gè)燃燒著難以想象的高溫核熔爐。當(dāng)恒星核心耗盡了氫的供應(yīng)后，就能“爬上”元素的列表，燃燒氦、碳、氖、氧和硅，直到僅僅幾百萬(wàn)年后，恒星的中心變成了鐵，使恒星“膨脹”起來(lái)的聚變輻射最終耗盡。

在那個(gè)時(shí)候，沒(méi)有任何東西可以阻止恒星自身坍縮，最終是一場(chǎng)壯觀的超新星爆炸。碎片場(chǎng)中心要么是一顆密度超高的中子星，要么是一個(gè)黑洞。這是最后一次爆炸本身，而不是內(nèi)部燃燒，創(chuàng)造了恒星的最終化學(xué)遺產(chǎn)（產(chǎn)生多種元素）。在很短的一段時(shí)間內(nèi)，沖擊波通過(guò)恒星的各層爆炸，產(chǎn)生了如此強(qiáng)烈的熱量和壓力，以至于核聚變前的爆炸，帶著新元素的放射性外殼進(jìn)入星際空間。宇宙被星塵播下種子，準(zhǔn)備合并成新的恒星，新的行星，新的生命。

多年來(lái)，一直認(rèn)為這些恒星的爆炸死亡是宇宙中富含金屬和其他重元素來(lái)源的主要機(jī)制。但越來(lái)越多的證據(jù)表明，對(duì)于金、鉑和鈾等重金屬而言，超新星只是一個(gè)開(kāi)始。它是一顆微小、密度大的中子星，它攜帶著在周期表其他（元素）部分爆炸的可能性。這讓我們回到了LIGO探測(cè)，當(dāng)這一信號(hào)第一次被發(fā)現(xiàn)時(shí)，世界各地天文學(xué)家都在天空中的同一區(qū)域使用望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)。由此產(chǎn)生的觀測(cè)結(jié)果在短暫閃光中顯示出了一個(gè)明顯跡象，即中子星碰撞創(chuàng)造了足夠多的重金屬元素。

中子星碰撞似乎對(duì)化學(xué)起源的故事至關(guān)重要，在我們之前的幾代人中，是難以想象我們是誕生在這樣暴力之中，但故事還有更多……我們身體中的大多數(shù)原子根本不是來(lái)自恒星，事實(shí)上，它們要古老得多。如果你把身體里所有的原子加起來(lái)，超過(guò)60%是氫，宇宙中大部分的氫從來(lái)沒(méi)有在一顆恒星里存在過(guò)。氫，或者更確切地說(shuō)，后來(lái)與電子結(jié)合形成中性氫原子的質(zhì)子，是在宇宙大爆炸原始火焰中產(chǎn)生的。

在宇宙形成的最初時(shí)刻，宇宙的每一部分都充滿了一種核前等離子體，其溫度和密度超過(guò)了最大質(zhì)量恒星的中心。隨著宇宙的膨脹和冷卻，構(gòu)成原子核的質(zhì)子和中子首先出現(xiàn)了。氫以孤質(zhì)子的形式出現(xiàn)，還有少量的氦和鋰，自第一次出現(xiàn)以來(lái)，這些原子核已經(jīng)存在了138億年，它們?cè)诤阈侵芯奂?，最終形成了我們。所以，是的，我們是星塵，但也是宇宙大爆炸的灰燼：古老的原子煉金術(shù)被不可阻擋的引力和時(shí)間流聚合在一起。

博科園｜文：Katie Mack（天體物理學(xué)家）/Cosmos Magazine

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