鑽石都能人工合成了，黃金怎麼還不行？

最近，黃金市場迎來劇烈波動，不知道你是不是也在格外關注？

據世界黃金協會，截至 2025 年底，全球已開採黃金總量約爲 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，黃金都是財富的象徵。不僅如此，它還是極其重要的工業原料之一。黃金有着極佳的導電性、導熱性和延展性，這使得它被廣泛應用於手機、電腦、芯片等電子產品的核心部件中（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？），以保障信號傳輸的穩定性；在航天領域，它可以用於製作航天器塗層，抵禦宇宙射線和極端溫度；在醫療領域，黃金合金用於製作假牙、心臟支架等器械，兼具生物相容性與耐用性。此外，黃金還用於防僞印刷、精密儀器製造等多個領域……

天然金礦。圖庫版權圖片，轉載使用可能引發版權糾紛

但你有沒有想過，黃金到底是怎麼來的？

地球沒這個本事。

我們身邊的大多數元素，比如構成空氣的氧、構成生命的碳、構成鋼鐵的鐵，其誕生地都在恆星內部——恆星就像宇宙中天然的“熔爐”，通過核心的核聚變反應，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，恆星的“鍛造能力”也有一個明確的上限，也就是天文學上所說的“鐵極限”：當恆星內部的核聚變進行到鐵元素時，就會徹底停止。元素週期表中鐵之後的所有元素，都無法通過恆星內部正常的核聚變產生。

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，遠超任何恆星內部的環境，哪怕是宇宙中質量最大的恆星，也無法達到這樣的條件。

很長一段時間，天文學家懷疑金子來自一種極端事件：兩顆中子星的碰撞。

死亡恆星的終極碰撞

所謂“中子星”，是大質量恆星死亡後留下的殘骸。恆星燃盡核燃料後，在自身引力作用下急劇坍縮，核心的物質被壓縮到極致。一顆典型的中子星，直徑大約只有 20 千米（相當於一座城市的大小），質量卻有 1.4 個太陽那麼重，一勺中子星物質就有幾億噸重。

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鍛造成金、鉑這些貴金屬。2017 年，天文學家第一次親眼“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 秒後，費米伽馬射線太空望遠鏡也探測到了一次伽馬射線暴。隨後，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後續觀測，確認了該信號來自雙中子星併合事件，發生於長蛇座星系 NGC4993 ，距離地球 1.3 億光年。

這次觀測證實，碰撞產物中確實含有大量重元素[2]。

美國國家科學基金會、美國LIGO等提供的效果圖顯示兩個併合中的中子星。圖片來源：新華社

“併合中的併合”——“宇宙郊區”的祕密

金子的來源算是找到了。但緊接着冒出一個新問題：天文學家在很多星系的外圍區域發現，那裏的恆星體內也含有金和鉑。這就奇怪了。星系外圍是宇宙的郊區，恆星稀少，超新星爆發也少，按道理不該有那麼多重元素。這些金子是從哪兒來的？

最近，一項新發表於《天體物理學雜誌快報》的研究，爲這個難題給出了一個可能的答案。

2023 年 9 月 6 日，搭載於費米衛星上的伽馬射線暴監測器捕捉到了一次短暫而猛烈的伽馬射線暴，並將其記錄爲 GRB 230906A 。伽馬射線暴是宇宙中最劇烈的爆炸之一，而持續時間短的那種，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。然後錢德拉 X 射線天文臺登場，用了 18 個半小時的曝光，把爆發源的座標精確鎖定。

座標定下來後，天文學家把哈勃太空望遠鏡對準那個位置，結果看到了一個出人意料的場景：那裏有一個極其微弱、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。

這幅藝術家繪製的插圖展示了一羣距離我們約85億年的星系合併景象。其中一個星系中一對合並的中子星引發了一次千新星爆發，產生了可能是迄今爲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蹟。幾億年前，一羣星系發生了碰撞，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，被扯出來的物質慢慢聚集、冷卻、坍縮，誕生了一個小小的星系。

故事到這裏開始變得精妙。這個小星系裏誕生了很多恆星，其中有兩顆大質量恆星走完了一生，坍縮成了中子星。這兩顆中子星在引力的驅使下越轉越近，經過漫長的螺旋，終於撞在了一起。碰撞產生了那道伽馬射線暴的閃光，也產生了金、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；氣體河裏長出小星系；小星系裏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“鍊金術”

而那個困擾天文學家的問題——星系邊緣的恆星裏爲什麼會有金子——現在有了一個漂亮的解釋。類似 GRB 230906A 這樣發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重元素。這些元素混入周圍的氣體，等到下一代恆星從這些氣體中誕生時，金和鉑就自然而然地出現在了它們體內。

47 億光年之外，一個藏在氣體河流深處的小星系裏，兩顆死去的恆星留下的殘骸完成了最後一次碰撞，造出了一批黃金，然後消散在星際空間中，等待被未來的恆星收納。整個過程沒有任何目的，純粹是引力和核物理按規則運行的結果。但就是這套規則，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

策劃製作

作者丨Steed 天文科普創作者

審覈丨黃崧 清華大學天文系副教授