重金屬元素起源何處？科學家首鑑定出雙中子星合併後產生的重元素

2 年前，人類第一次發現雙中子星併合事件，天文學家懷疑宇宙重金屬元素應該會形成自其中的千新星爆炸過程。現在，天文學家正式從中找到了新鮮熱騰騰的重元素「鍶」（常見添加於煙火中），再度佐證重元素如謎般的起源之一為雙中子星合併。

2017 年 8 月 17 日，人類首度偵測到由雙中子星合併產生之重力波，該事件命名為「GW170817」，發生地點位於離地球 1.3 億光年的 NGC 4993 星系中，同時也證實元素週期表中重金屬（如金、鉑）的來源之一，就是雙中子星併合過程。

我們知道一顆大質量恆星在走到生命最後會經歷超新星爆炸（supernova）階段，將大部分物質向外噴射，最後只留下冷卻的核心漂浮在宇宙中；而兩顆中子星併合時除了引起重力波外，也會經歷類似的爆炸過程，稱為千新星（kilonova）。物理學理論過去長期懷疑，宇宙中大約有一半重元素是經由「快中子捕獲過程」形成，而 2017 年的雙中子星併合事件，證實了快中子捕獲過程會出現在千新星爆炸過程中。

GW170817 事件發生後，ESO 甚大望遠鏡（VLT）的 X-shooter 儀器就拍攝了從紫外線到近紅外光的各種光譜，當年對這些光譜的初步分析表明，千新星事件確實創造出新的重元素，但直到現在，天​​文學家才終於鑑定出其中一個重元素的身分：原子序數 38 的鍶（Strontium，化學符號 Sr）。

在地球上，鍶自然存在於土壤中和某些礦物質中，常見添加於煙火使火花呈現鮮豔紅色。

為什麼鑑定一個元素要花這麼長的時間？這是因為元素原子結構複雜，可以生成數百萬種尚未被完全識別的光譜特徵，研究人員很難迅速抓出單種元素的光譜特徵，而鍶的原子結構在重元素中算是相對簡單，會在藍光和紅外光波段產生 2 條明顯的吸收譜線（元素會吸收特定波長的光）。

此外，新研究主要作者 Darach Watson 表示，產生重元素鍶的背後關鍵還可能與「幽靈粒子」微中子有關，為了創造出像鍶這樣較輕的重元素，首先必須先交由微中子轟炸中子，好讓後者能更快分解成質子和電子。

雖然目前科學家還很難從中子星碰撞事件中檢測到其他重元素（重元素太複雜，我們對重元素原子結構的質量相關數據還很少），但隨著逐漸深入研究中子星內部，將幫助科學家釐清越來越多物理難題。

新論文發表在《自然》（Nature）期刊。

• We May Finally Know How the Universe's Heavy Elements Formed

• For The First Time, a Heavy Element Has Been Detected Forming in a Neutron Star Merger

• A collision of neutron stars created a fireworks element in space

• First identification of a heavy element born from neutron star collision

（首圖來源：ESO）