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    原初黑洞宇宙的煉金士

    2018-01-10 20:02:04北辰
    科學(xué)24小時 2018年1期
    關(guān)鍵詞:中子星熔爐黑洞

    北辰

    研究歷史的人們有一個疑問:據(jù)歷史文獻(xiàn)記載,漢朝盛產(chǎn)黃金,后來卻逐漸減少了。那么,黃金究竟去哪里了呢?

    歷史學(xué)家們并不知道,在漢朝,黃金和黃銅是混為一談的。不僅如此,在更早的時候,凡是金屬都被稱為金。如果片面地認(rèn)為“金”就是黃金,那就很荒唐了。

    然而,也不能就此埋怨歷史學(xué)家。因為從礦石中提煉黃金和銅時,銅與金的熔點都是一千多度,提煉的純度并不高。面對一大堆金黃的東西,即使古時的煉金士也難辨所以。

    模擬原初黑洞穿過恒星體時將出現(xiàn)的現(xiàn)象

    到了科技發(fā)達(dá)的現(xiàn)代,天文學(xué)家嘗試從恒星的演化方面來說明黃金的由來。按照他們的解釋,一切重金屬都是宇宙的超新星爆炸產(chǎn)生的。

    每一顆恒星都是一個大熔爐,它們因為燃燒元素而發(fā)出光和熱。具體而言,它們通過依次燃燒氫、氦、碳等元素,產(chǎn)生出更重的元素。之后,恒星會發(fā)生大爆炸,也就是超新星爆發(fā),爆發(fā)產(chǎn)生的重元素噴灑到宇宙中,落到地球上,從而產(chǎn)生了黃金。

    原初黑洞從哪里來

    最新的理論認(rèn)為,黃金并不是在超新星爆發(fā)中產(chǎn)生的,而是由原初黑洞產(chǎn)生的。原初黑洞可以看作是宇宙的煉金士,它產(chǎn)生出了各種各樣的重元素。

    實際上,黑洞是宇宙中的龐然大物,具有巨大的質(zhì)量,可以吸引靠近它的所有東西,包括光,也包括恒星。

    恒星演化到了末期,會變成體積巨大的紅巨星。由于質(zhì)量不一,它們最終會演化成不同的結(jié)果。如果一顆恒星質(zhì)量小于3個太陽的質(zhì)量,那么它就會演化成致密的白矮星。如果質(zhì)量大于3倍小于8倍的太陽質(zhì)量,它就會變成密度更高的中子星。如果質(zhì)量大于8倍太陽質(zhì)量,那么它就會變成黑洞。由此看來,黑洞比中子星的密度高得多,它是一個引力的起點,具有無限大的吸引力。

    但是,黑洞并不都是恒星演化的結(jié)果,在天文學(xué)理論中還有一種黑洞,它們被稱為原初黑洞。就像這個名字所揭示的含義那樣,原初黑洞是宇宙最早期的一批居民。它們在宇宙大爆炸開始的時候就出現(xiàn)了。

    在大爆炸之后,宇宙中有許多致密的區(qū)域,由于自身的引力而產(chǎn)生塌縮。它們不像大規(guī)模的黑洞那樣,需要經(jīng)過幾十億年的演化才能形成,而是在很短的時間內(nèi),甚至在幾秒之內(nèi)瞬間演化成黑洞。

    它們的質(zhì)量可能非常小,小于一個原子,甚至類似于基本粒子,但它們具有黑洞的特性——引力無窮大。

    從內(nèi)部瓦解中子星

    原初黑洞很小,但是它們在宇宙誕生的初期大量存在,并且在宇宙中四處游蕩。它們可能會與一顆中子星相遇,在吞噬中子星后,創(chuàng)造出宇宙中的重金屬元素。因此,它們被稱作宇宙的煉金士,不僅煉出了黃金,也煉制出其他更多更重的元素。

    原初黑洞吞噬中子星的過程很特別。一般大型黑洞都是利用龐大的身軀,讓靠近的中子星變成粉末,繼而形成一個圓環(huán),環(huán)繞它們運行,一點點地從中子星上吸收物質(zhì)。而原初黑洞不同,它雖然僅僅是一個小點狀物,但卻可以像一顆子彈那樣,射進(jìn)中子星的內(nèi)部,從內(nèi)部來瓦解中子星。

    原初黑洞吞噬中子星時,中子星會逐漸收縮,并且旋轉(zhuǎn)得越來越快。最終,在靠近赤道且達(dá)到逃逸速度的外層物質(zhì)逃離之后,剩下的部分發(fā)生坍塌,形成了黑洞。

    煉制元素的大熔爐

    通常而言,恒星通過正常的核聚變反應(yīng)只能產(chǎn)生鐵及其比鐵輕的元素。因此,要想產(chǎn)生諸如金、鉑和鈾等比鐵重的元素,就不得不依托更復(fù)雜的機制,需要有更強大的熔爐。原初黑洞吞噬中子星的過程就是這樣的一個大熔爐,一個比超新星爆發(fā)還要劇烈的大熔爐。只有在那里,才能夠產(chǎn)生更重的金屬元素。

    由此推斷,宇宙誕生之初,只有氫和氦兩種元素。至于生命中包含的其他元素,都來源于宇宙,來源于原初黑洞吞噬中子星時形成的大熔爐。

    正如著名天文學(xué)家、科普家卡爾·薩根在《宇宙》系列著作中所強調(diào)的:“我們DNA中的氮、牙齒里的鈣,血液中的鐵和我們蘋果派的碳都是在坍縮恒星的內(nèi)部被創(chuàng)造出來的。因此我們都是星辰?!?

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