宇宙中的金几乎全部都诞生于中子星合并或大质量超新星爆发这两种极端剧烈的天文事件中。
（图片来源网络，侵删）
下面我们来详细分解这个过程,从最基本的概念讲起。
宇宙中的元素是如何诞生的？—— 核合成
宇宙中的元素不是凭空出现的,它们是在恒星内部或恒星死亡时通过“核合成”（Nucleosynthesis）过程，将轻原子核“融合”成重原子核而形成的。
这个过程有几个关键阶段：
- 大爆炸核合成：宇宙诞生后的最初几分钟，温度和密度极高，形成了最轻的几种元素：氢、氦以及极少量的锂，但这过程到铁为止就停止了。
- 恒星核合成：在恒星漫长的生命里，其核心像一个巨大的核聚变反应堆，氢聚变成氦，氦聚变成碳，碳再聚变成更重的元素……这个过程一步步进行，最终能生成铁。
- 为什么到铁就停止了？
- 能量问题：聚变反应是“放热”的，即反应会释放能量，这些能量支撑着恒星抵抗引力坍缩，直到生成铁，这个过程都是释放能量的。
- 铁的“天花板”：铁是所有元素中比结合能最大的元素，这意味着铁的原子核最为稳定，无论是将铁裂变成更轻的元素（裂变），还是将铁聚变成更重的元素（聚变），都需要吸收能量，而不是释放能量。
- 恒星末日：当恒星核心生成大量的铁后，它就失去了向外辐射能量的能力，引力最终战胜了辐射压力，导致核心在瞬间坍缩，引发超新星爆发，将恒星外层的物质抛向太空。
- 为什么到铁就停止了？
超越铁的“炼金术”—— r-过程
既然在恒星内部通过聚变无法生成比铁更重的元素（如金、银、铂、铀等），那么这些重元素究竟是如何产生的呢？答案就是快中子捕获过程，简称 r-过程。
（图片来源网络，侵删）
r-过程是宇宙中制造比铁更重元素的主要途径，它需要两个极端条件：
- 极其丰富的自由中子：需要有大量的中子可供原子核捕获。
- 极高的能量和温度：需要极高的温度（数十亿摄氏度）和能量，才能让原子核克服彼此间的排斥力，并捕获中子。
r-过程主要发生在以下两种事件中：
大质量超新星爆发
这是最早被提出和研究的r-过程发生地。
- 过程：当一颗质量至少是太阳8倍以上的大质量恒星死亡时，其核心会坍缩成一个中子星，并引发超新星爆发，在核心坍缩的瞬间，会产生海量的中子，同时温度和能量极高，为r-过程提供了完美的“熔炉”。
- 作用：超新星爆发将富含r-过程产物的物质猛烈地抛射到星际空间中，成为构成新恒星、行星（包括地球）和生命的基础物质。
- 争议：尽管超新星爆发理论上可以发生r-过程，但最新的计算机模拟发现，在超新星爆发过程中，产生中子的速度可能不够“快”，而且爆发物质可能会迅速膨胀，导致中子密度下降，从而中断r-过程，它是否是宇宙中主要的“金工厂”，目前仍有争议。
中子星合并
这是目前科学界公认的宇宙中金元素最主要的来源。
（图片来源网络，侵删）
- 过程：
- 双中子星系统：宇宙中存在由两颗中子星组成的双星系统，中子星是超新星爆发后留下的超高密度天体，一茶匙的物质就重达数十亿吨。
- 引力波与轨道衰减：这对双星系统会通过引力波不断损失能量，导致它们相互绕转的轨道越来越小，最终以极高的速度猛烈碰撞、合并。
- r-过程的完美熔炉：中子星合并时，会释放出难以想象的巨大能量，并形成一个由极度高温、高压的中子组成的“汤”（称为“物质喷流”或“千新星”），这里的中子密度是超新星爆发核心的数千甚至数万倍，为r-过程提供了前所未有的理想条件。
- 黄金的诞生：在极短时间内（几秒到几分钟），原子核通过快速捕获大量中子，迅速“跑”过铁元素，一路生成金、铂、铀等所有比铁重的元素，据估计，一次中子星合并事件，可以创造出相当于地球质量好几倍的金！
- 证据：
- 引力波探测：2025年，LIGO首次探测到两颗中子星合并产生的引力波信号（GW170817）。
- 电磁对应体：在引力波信号被探测到后，全球各地的望远镜迅速在对应位置观测到了这次合并的“余晖”——一次“千新星”事件。
- 光谱分析：通过对“千新星”光谱的分析，天文学家在其中直接检测到了大量重元素的特征谱线，包括金、铂等，这是中子星合并是r-过程主要发生地的最直接证据。
总结与补充
| 元素 | 主要来源 | 关键过程 | 事件描述 |
|---|---|---|---|
| 氢、氦 | 大爆炸 | 大爆炸核合成 | 宇宙诞生初几分钟 |
| 碳、氧、铁 | 恒星内部 | 恒星核合成 | 恒星主序星及演化阶段 |
| 金、铂、铀 | 中子星合并 | r-过程 (快中子捕获) | 双中子星碰撞，产生极高密度中子环境 |
| 大质量超新星爆发 | r-过程 | 条件可能不如中子星 merger 优越，是次要来源 |
有趣的事实：
你手上的黄金、你佩戴的铂金首饰、你手机里导电的稀有金属，它们的原子核，都曾在数十亿年前，在两颗中子星那场宇宙最剧烈的“车祸”中诞生，这些金元素随着爆炸的碎片，在星际空间中飘荡了数十亿年，最终汇聚在形成太阳系的星云中，并成为了地球的一部分。
从某种意义上说,我们都是“星辰之子”，而金元素，更是宇宙中最极端、最壮丽事件的“遗物”。
