一份新研究發現，由兩顆中子星對撞產生的帶有特定質量吸積盤的黑洞，產生了宇宙內大量的重元素，包括黃金。
宇宙中像黃金、鈾這一類的重元素是怎樣產生的？科學家知道所有的重元素都不是地球上自有的，是宇宙空間內各種劇烈事件產生的，比如恆星的爆炸、中子星的合併等，但是對於具體的生成過程並不明確。
新的研究從理論上探明了這一過程的部份情況：由兩顆中子星對撞產生的黑洞，如果其周圍的吸積盤質量不大也不小，正好介於太陽的0.01倍～0.1倍之間，這樣的吸積盤就是產生重元素的理想環境。研究者認為，宇宙中很大一部份重元素應該就在這類吸積盤內產生。
多種劇烈的天文事件都會生成黑洞，人們比較熟悉的是恆星死亡之後坍塌成黑洞。2017年科學家從探測到的引力波信號，第一次發現兩顆中子星對撞也會變成黑洞。中子星是某些恆星爆炸後剩下的殘骸。
研究人員猜測黑洞周圍的吸積盤，是產生重元素的關鍵所在。吸積盤是環繞在黑洞周圍的一圈高溫、高密度物質。
科學家對吸積盤內的物質構成還不是很了解，特別是裏面大量中子的來源，而大量的中子是合成重元素的一項基本條件。於是他們使用最先進的黑洞模型模擬這些天體的情況，發現原來黑洞周圍吸積盤的質量與產生重元素存在密切關係。
理論上說，質子捕獲電子後放射中微子，變成中子。這些中子再觸發中子捕獲過程（r-process，也稱R-過程）合成重元素。但是，質量接近零的中微子在這個過程中起到重要的作用，它既可以促進質子變成中子，也可以使得中子變回質子。研究人員發現，吸積盤的質量對哪個過程佔主要地位起到關鍵作用。
主要研究者之一德國亥姆霍茲重離子研究中心（GSI Helmholtzzentrum fürSchwerionenforschung GmbH）的賈斯特（Oliver Just）說：「我們的研究第一次考查了多個黑洞周圍吸積盤質量不一樣的情況，研究了裏面中子和質子的轉換率。我們發現，吸積盤的質量在一定範圍內，才會出現大量中子。」
「吸積盤的質量是決定因素。吸積盤質量越大，質子變成中子的比例越高，質子捕獲電子後釋放中微子，變成中子。這些中子通過R-過程合成重元素。然而，如果吸積盤質量太高，反向過程發生的比例增加，即中微子還沒來得及離開吸積盤又被中子捕獲變回質子，從而阻礙R-過程。」
最後，研究人員發現質量介於太陽的0.01倍～0.1倍的吸積盤，才是合成重元素最理想的條件。而具有如此質量的吸積盤，一般出現在中子星合併的黑洞周圍。
研究人員目前尚不明確，由恆星坍塌產生的黑洞，是否能產生質量在這個範圍內的吸積盤，或者產生的比例有多少。
研究負責人鮑斯溫（Andreas Bauswein）說：「現有的數據還不充份。等新一代設備——反質子與離子研究裝置（Facility for Antiproton and Ion Research，簡稱FAIR）建成後，將能夠進行精確的測量。到時候把理論模型、實驗和天文觀測數據全部結合起來，相信未來幾年我們就能驗證中子星對撞事件怎樣觸發R-過程（產生重元素）的理論。」
這份研究10月8日發表於《王家天文學會月刊》（Monthly Notices of the Royal Astronomical Society）。◇
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