我們身邊的黃金、鉑金，手機(jī)里的稀土元素，甚至人體中的碘、鋅 —— 這些比鐵更重的元素，究竟來(lái)自哪里？要知道，恒星內(nèi)部的核聚變到鐵元素就會(huì) “按下暫停鍵”，可宇宙中卻遍布著各種重元素。

這背后，藏著宇宙中最劇烈、最壯麗的天體事件，正是這些極端過(guò)程，為宇宙 “鍛造” 出了珍貴的重元素。

首先要弄明白：為何恒星核聚變到鐵就會(huì)停止？恒星的能量來(lái)自核心的核聚變 —— 氫聚變成氦，氦聚變成碳、氧，再一步步合成氖、鎂，直到鐵元素。

這一過(guò)程中，輕元素聚變會(huì)釋放能量，維持恒星的穩(wěn)定。但鐵的原子核結(jié)構(gòu)極其特殊，它的核子結(jié)合能是所有元素中最高的 —— 簡(jiǎn)單說(shuō)，把鐵原子核拆開(kāi)需要消耗的能量，比讓它聚變成更重元素釋放的能量還多。就像 “做買賣會(huì)虧本”，恒星核心的核聚變到鐵時(shí)，不僅無(wú)法供能，還會(huì)瞬間失去平衡，這也注定了鐵是恒星聚變的 “終點(diǎn)”。

可宇宙中的重元素，恰恰是在恒星 “生命終結(jié)” 的劇烈事件中誕生的，主要有三大 “重元素工廠”。

第一個(gè) “工廠” 是超新星爆發(fā)。當(dāng)大質(zhì)量恒星（質(zhì)量超過(guò) 8 倍太陽(yáng)）核心聚變成鐵后，能量供應(yīng)突然中斷，外層物質(zhì)在引力作用下急劇向核心坍縮，隨后發(fā)生猛烈反彈，形成威力堪比百億顆氫彈的超新星爆發(fā)。

這一過(guò)程中，極端的高溫（可達(dá)數(shù)十億度）和高壓，會(huì)將鐵原子核與大量中子、質(zhì)子 “強(qiáng)行拼接”，像搭積木一樣合成金、銀、鉛等重元素。爆發(fā)產(chǎn)生的巨大沖擊波，會(huì)將這些新形成的重元素拋向宇宙空間，成為星際物質(zhì)的一部分。比如 1987 年觀測(cè)到的超新星 SN 1987A，其爆發(fā)后就檢測(cè)到了大量重元素的信號(hào)。

第二個(gè) “工廠” 是中子星合并。

中子星是大質(zhì)量恒星超新星爆發(fā)后留下的致密殘骸，一顆中子星的質(zhì)量可達(dá)太陽(yáng)的 1.4 倍以上，密度卻高得驚人 —— 一立方厘米的中子星物質(zhì)，質(zhì)量能達(dá)到 1 億噸。當(dāng)兩顆中子星在引力作用下相互繞轉(zhuǎn)并最終碰撞合并時(shí)，會(huì)釋放出海量的中子和能量。這些中子會(huì)被周圍的原子核 “俘獲”，形成比鐵重得多的元素，比如鉑、鈾，甚至是一些放射性元素。2017 年，人類首次探測(cè)到雙中子星合并產(chǎn)生的引力波，同時(shí)觀測(cè)到了大量重元素（如鍶）的合成，直接證實(shí)了這一 “重元素工廠” 的存在。

第三個(gè) “工廠” 是白矮星爆發(fā)（Ia 型超新星） 。

白矮星是中小質(zhì)量恒星（類似太陽(yáng)質(zhì)量）演化的終點(diǎn)，當(dāng)它通過(guò)吸積從伴星獲得足夠物質(zhì)，質(zhì)量達(dá)到太陽(yáng)的 1.44 倍（錢德拉塞卡極限）時(shí)，會(huì)發(fā)生劇烈的熱核爆炸，即 Ia 型超新星爆發(fā)。雖然這種爆發(fā)的劇烈程度不如大質(zhì)量恒星的超新星爆發(fā)，但仍能在高溫高壓環(huán)境下，合成部分中重元素（如鎳、鈷），并將它們拋入宇宙。

這些重元素在宇宙空間中不斷飄散、混合，最終會(huì)成為新恒星、行星形成的 “原材料”。我們的太陽(yáng)系，正是在 50 億年前，由包含大量重元素的星際云團(tuán)坍縮形成的 —— 地球中的黃金、巖石里的鈾，甚至我們身體里的微量元素，都是數(shù)十億年前超新星爆發(fā)或中子星合并的 “遺產(chǎn)”。

從恒星聚變的 “終點(diǎn)” 鐵，到遍布宇宙的重元素，宇宙用最劇烈的天體事件，完成了元素的 “升級(jí)”。每一塊黃金、每一部手機(jī)里的重元素，都是宇宙壯麗歷史的 “見(jiàn)證者”，它們的存在，也讓我們更深刻地理解：人類與浩瀚宇宙，本就是緊密相連的整體。