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《科学24小时》

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原初黑洞 宇宙的炼金士

2018-05-12 00:06:00

  研究历史的人们有一个疑问:据历史文献记载,汉朝盛产黄金,后来却逐渐减少了。那么,黄金究竟去哪里了呢?

  历史学家们并不知道,在汉朝,黄金和黄铜是混为一谈的。不仅如此,在更早的时候,凡是金属都被称为金。如果片面地认为“金”就是黄金,那就很荒唐了。

  然而,也不能就此埋怨历史学家。因为从矿石中提炼黄金和铜时,铜与金的熔点都是一千多度,提炼的纯度并不高。面对一大堆金黄的东西,即使古时的炼金士也难辨所以。

  到了科技发达的现代,天文学家尝试从恒星的演化方面来说明黄金的由来。按照他们的解释,一切重金属都是宇宙的超新星爆炸产生的。

  每一颗恒星都是一个大熔炉,它们因为燃烧元素而发出光和热。具体而言,它们通过依次燃烧氢、氦、碳等元素,产生出更重的元素。之后,恒星会发生大爆炸,也就是超新星爆发,爆发产生的重元素喷洒到宇宙中,落到地球上,从而产生了黄金。

  原初黑洞从哪里来

  最新的理论认为,黄金并不是在超新星爆发中产生的,而是由原初黑洞产生的。原初黑洞可以看作是宇宙的炼金士,它产生出了各种各样的重元素。

  实际上,黑洞是宇宙中的庞然大物,具有巨大的质量,可以吸引靠近它的所有东西,包括光,也包括恒星。

  恒星演化到了末期,会变成体积巨大的红巨星。由于质量不一,它们最终会演化成不同的结果。如果一颗恒星质量小于3个太阳的质量,那么它就会演化成致密的白矮星。如果质量大于3倍小于8倍的太阳质量,它就会变成密度更高的中子星。如果质量大于8倍太阳质量,那么它就会变成黑洞。由此看来,黑洞比中子星的密度高得多,它是一个引力的起点,具有无限大的吸引力。

  但是,黑洞并不都是恒星演化的结果,在天文学理论中还有一种黑洞,它们被称为原初黑洞。就像这个名字所揭示的含义那样,原初黑洞是宇宙最早期的一批居民。它们在宇宙大爆炸开始的时候就出现了。

  在大爆炸之后,宇宙中有许多致密的区域,由于自身的引力而产生塌缩。它们不像大规模的黑洞那样,需要经过几十亿年的演化才能形成,而是在很短的时间内,甚至在几秒之内瞬间演化成黑洞。

  它们的质量可能非常小,小于一个原子,甚至类似于基本粒子,但它们具有黑洞的特性——引力无穷大。

  从内部瓦解中子星

  原初黑洞很小,但是它们在宇宙诞生的初期大量存在,并且在宇宙中四处游荡。它们可能会与一颗中子星相遇,在吞噬中子星后,创造出宇宙中的重金属元素。因此,它们被称作宇宙的炼金士,不仅炼出了黄金,也炼制出其他更多更重的元素。

  原初黑洞吞噬中子星的过程很特别。一般大型黑洞都是利用庞大的身躯,让靠近的中子星变成粉末,继而形成一个圆环,环绕它们运行,一点点地从中子星上吸收物质。而原初黑洞不同,它虽然仅仅是一个小点状物,但却可以像一颗子弹那样,射进中子星的内部,从内部来瓦解中子星。

  原初黑洞吞噬中子星时,中子星会逐渐收缩,并且旋转得越来越快。最终,在靠近赤道且达到逃逸速度的外层物质逃离之后,剩下的部分发生坍塌,形成了黑洞。

  炼制元素的大熔炉

  通常而言,恒星通过正常的核聚变反应只能产生铁及其比铁轻的元素。因此,要想产生诸如金、铂和铀等比铁重的元素,就不得不依托更复杂的机制,需要有更强大的熔炉。原初黑洞吞噬中子星的过程就是这样的一个大熔炉,一个比超新星爆发还要剧烈的大熔炉。

  只有在那里,才能够产生更重的金属元素。由此推断,宇宙诞生之初,只有氢和氦两种元素。至于生命中包含的其他元素,都来源于宇宙,来源于原初黑洞吞噬中子星时形成的大熔炉。

  正如著名天文学家、科普家卡尔·萨根在《宇宙》系列著作中所强调的:“我们DNA中的氮、牙齿里的钙,血液中的铁和我们苹果派的碳都是在坍缩恒星的内部被创造出来的。因此我们都是星辰。”

本文来自《科学24小时》

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