鉆石都能人工合成了，黃金怎么還不行？

最近，黃金市場迎來劇烈波動，不知道你是不是也在格外關(guān)注？

據(jù)世界黃金協(xié)會，截至 2025 年底，全球已開采黃金總量約為 21.6萬至 22 萬噸[1]——能填滿大約四個半奧運游泳池（長 50 米、寬 25 米、深 2 米）。

圖源：央視新聞

一直以來，黃金都是財富的象征。不僅如此，它還是極其重要的工業(yè)原料之一。黃金有著極佳的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和延展性，這使得它被廣泛應(yīng)用于手機、電腦、芯片等電子產(chǎn)品的核心部件中（可回顧往期文章《男子用 SIM 卡煉出 190 多克黃金，廢舊 SIM 卡里能“提煉”黃金？），以保障信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性；在航天領(lǐng)域，它可以用于制作航天器涂層，抵御宇宙射線和極端溫度；在醫(yī)療領(lǐng)域，黃金合金用于制作假牙、心臟支架等器械，兼具生物相容性與耐用性。此外，黃金還用于防偽印刷、精密儀器制造等多個領(lǐng)域……

天然金礦。圖庫版權(quán)圖片，轉(zhuǎn)載使用可能引發(fā)版權(quán)糾紛

但你有沒有想過，黃金到底是怎么來的？

地球沒這個本事。

我們身邊的大多數(shù)元素，比如構(gòu)成空氣的氧、構(gòu)成生命的碳、構(gòu)成鋼鐵的鐵，其誕生地都在恒星內(nèi)部——恒星就像宇宙中天然的“熔爐”，通過核心的核聚變反應(yīng)，將輕元素（氫、氦）一步步鍛造成更重的元素（除了氫氦之外的元素，如碳、氮、氧、硅、鐵等等）。

不過，恒星的“鍛造能力”也有一個明確的上限，也就是天文學(xué)上所說的“鐵極限”：當恒星內(nèi)部的核聚變進行到鐵元素時，就會徹底停止。元素周期表中鐵之后的所有元素，都無法通過恒星內(nèi)部正常的核聚變產(chǎn)生。

想要把鐵原子變成比它更重的元素——比如金、鉑這些貴金屬，不僅不會釋放能量，反而需要吞噬巨量的能量。這種能量級別，遠超任何恒星內(nèi)部的環(huán)境，哪怕是宇宙中質(zhì)量最大的恒星，也無法達到這樣的條件。

很長一段時間，天文學(xué)家懷疑金子來自一種極端事件：兩顆中子星的碰撞。

死亡恒星的終極碰撞

所謂“中子星”，是大質(zhì)量恒星死亡后留下的殘骸。恒星燃盡核燃料后，在自身引力作用下急劇坍縮，核心的物質(zhì)被壓縮到極致。一顆典型的中子星，直徑大約只有 20 千米（相當于一座城市的大小），質(zhì)量卻有 1.4 個太陽那么重，一勺中子星物質(zhì)就有幾億噸重。

當兩顆中子星在引力作用下螺旋靠近、最終猛烈相撞時，撞擊瞬間的溫度和壓力足以把物質(zhì)鍛造成金、鉑這些貴金屬。2017 年，天文學(xué)家第一次親眼“看到”了這個過程。

2017 年 8 月 17 日，美國的 LIGO 引力波探測器與歐洲的 VIRGO 探測器同時捕捉到一組引力波信號，僅僅 1.7 秒后，費米伽馬射線太空望遠鏡也探測到了一次伽馬射線暴。隨后，全球約 70 個地面及空間望遠鏡從紅外、X光、紫外和射電等多個波段開展后續(xù)觀測，確認了該信號來自雙中子星并合事件，發(fā)生于長蛇座星系 NGC4993 ，距離地球 1.3 億光年。

這次觀測證實，碰撞產(chǎn)物中確實含有大量重元素[2]。

美國國家科學(xué)基金會、美國LIGO等提供的效果圖顯示兩個并合中的中子星。圖片來源：新華社

“并合中的并合”——“宇宙郊區(qū)”的秘密

金子的來源算是找到了。但緊接著冒出一個新問題：天文學(xué)家在很多星系的外圍區(qū)域發(fā)現(xiàn)，那里的恒星體內(nèi)也含有金和鉑。這就奇怪了。星系外圍是宇宙的郊區(qū)，恒星稀少，超新星爆發(fā)也少，按道理不該有那么多重元素。這些金子是從哪兒來的？

最近，一項新發(fā)表于《天體物理學(xué)雜志快報》的研究，為這個難題給出了一個可能的答案。

2023 年 9 月 6 日，搭載于費米衛(wèi)星上的伽馬射線暴監(jiān)測器捕捉到了一次短暫而猛烈的伽馬射線暴，并將其記錄為 GRB 230906A 。伽馬射線暴是宇宙中最劇烈的爆炸之一，而持續(xù)時間短的那種，通常就是中子星碰撞的信號。

費米望遠鏡視野很廣，但定位不夠精確。接下來，尼爾·格雷爾斯雨燕天文臺接棒，把位置縮小了一些。然后錢德拉 X 射線天文臺登場，用了 18 個半小時的曝光，把爆發(fā)源的坐標精確鎖定。

坐標定下來后，天文學(xué)家把哈勃太空望遠鏡對準那個位置，結(jié)果看到了一個出人意料的場景：那里有一個極其微弱、極其微小的星系，藏在一條長達60 萬光年的巨大氣體流中。我們的銀河系直徑大約 10 萬光年，這條氣體流的長度是銀河系的六倍。

這幅藝術(shù)家繪制的插圖展示了一群距離我們約85億年的星系合并景象。其中一個星系中一對合并的中子星引發(fā)了一次千新星爆發(fā)，產(chǎn)生了可能是迄今為止探測到的最遙遠的伽馬射線暴。圖片來源：Maria Cristina Fortuna/NASA/錢德拉X射線中心。

這條氣體流本身就是一場更古老的碰撞留下的遺跡。幾億年前，一群星系發(fā)生了碰撞，巨大的引力潮汐把氣體和塵埃從各個星系中扯了出來，甩進星系際空間，形成了這條壯觀的氣體長河。而就在這條長河中，被扯出來的物質(zhì)慢慢聚集、冷卻、坍縮，誕生了一個小小的星系。

故事到這里開始變得精妙。這個小星系里誕生了很多恒星，其中有兩顆大質(zhì)量恒星走完了一生，坍縮成了中子星。這兩顆中子星在引力的驅(qū)使下越轉(zhuǎn)越近，經(jīng)過漫長的螺旋，終于撞在了一起。碰撞產(chǎn)生了那道伽馬射線暴的閃光，也產(chǎn)生了金、鉑等重元素，拋灑在星系的外圍和星系際空間中。

一場碰撞催生了另一場碰撞。星系碰星系，扯出一條氣體河；氣體河里長出小星系；小星系里兩顆中子星再碰到一起，把新造的金子撒向四方。這條因果鏈橫跨幾億年，串起了從星系尺度到原子核尺度的兩場暴力事件。

宇宙的“煉金術(shù)”

而那個困擾天文學(xué)家的問題——星系邊緣的恒星里為什么會有金子——現(xiàn)在有了一個漂亮的解釋。類似 GRB 230906A 這樣發(fā)生在星系外圍甚至星系際空間中的中子星碰撞，可以在遠離星系中心的地方就地生產(chǎn)重元素。這些元素混入周圍的氣體，等到下一代恒星從這些氣體中誕生時，金和鉑就自然而然地出現(xiàn)在了它們體內(nèi)。

47 億光年之外，一個藏在氣體河流深處的小星系里，兩顆死去的恒星留下的殘骸完成了最后一次碰撞，造出了一批黃金，然后消散在星際空間中，等待被未來的恒星收納。整個過程沒有任何目的，純粹是引力和核物理按規(guī)則運行的結(jié)果。但就是這套規(guī)則，讓宇宙在最荒涼的角落也能煉出真金。

參考文獻

[1] https://www.gold.org/goldhub/data/how-much-gold?utm_medium=email&utm_source=newsletter&utm_campaign=GOLDHUB%3A+Your+Weekly+Gold+Market+Round-up%2C+March+22%2C+2024

[2] https://baijiahao.baidu.com/s?id=1581440390226754196&wfr=spider&for=pc

[3]https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ae2a2f#artAbst

策劃制作

作者丨Steed 天文科普創(chuàng)作者

審核丨黃崧 清華大學(xué)天文系副教授