2014年10月15日
中子星相撞模擬圖。
科學的偉大之處在于能夠向我們講述我們是從哪里來的。不是指我們的個體，不是指人類，也不是指行星，而是指我們是由什么組成的。宇宙大爆炸鍛造出了組成我們的所有基本粒子——電子和夸克——后者組成了質子和中子。在宇宙的早期階段，在一片原始的混亂中，物質被創造了出來。但是這個創世熔爐隨著宇宙的膨脹而逐漸冷卻了。第一輪的創造沒有能夠出現比鋰更重的原子，而鋰是一種輕元素，僅排在氫和氦之后，列第三位。假如元素的創造到此為止，那么宇宙就會變得相當乏味。
幸好恒星接過了這一棒。超新星的爆發，以及在那些即將死亡恒星的外殼中，強大的力量把原子核焊接了起來，創造出更重的元素。卡爾·薩根的名言：我們，以及我們生命中的所有一切，都來自恒星——就是受了這一創造過程的啟發。
但是這個浪漫的故事并未就此結束。恒星能產生的重元素并不太多，因此我們今天所見的各種各樣的元素必然來自其他地方。有跡象表明，其余的重元素很可能來自宇宙中最奇特的住民之一——中子星。中子星是質量比太陽大許多的恒星在臨終爆發后留下來的密度極高的殘骸。這些奇特的天體間如果發生碰撞合并，那么就會產生明亮的短伽瑪射線暴（GRBs）。它能為金，以及其他大個兒原子核的形成提供恰到好處的原材料和足夠的能量。伽瑪暴最早發現于20世紀60年代末期，當時有一些人造衛星被設計用來檢測非法核試驗，但是它們卻意外地發現了來自深空的伽瑪射線耀斑。軍方于1973年將這些發現解密，隨后學界開始研究它們，想知道它們是什么，完成這一任務花掉了將近20多年時間。
在天文學中，研究伽瑪射線是比較困難的。它們無法穿透地球的大氣層，也不會像普通輻射那樣被反射。這些特點，以及由于軍方保密的原因，大大地阻礙了揭開伽瑪暴奧秘的進程。在一段時間內，學界中幾乎所有人都在討論伽瑪暴，因為我們連它們究竟是發生在銀河系內，還是銀河系外，都不明確。20世紀90年代，一顆搭載有“暴及瞬態源實驗裝置（Burst and Transient Source Experiment (BaTSE)）”的人造衛星升空，數據缺乏的狀況才有所好轉。通過這顆衛星，天文學家確認了伽瑪暴的兩個類型：短伽瑪暴和長伽瑪暴。短伽瑪暴從發生到結束不會超過2秒；而長伽瑪暴可持續數分鐘。1997年后，新獲得的證據表明伽瑪暴來自于銀河系以外。這便意味著伽瑪暴擁有極高的能量，是一些特別強大的宇宙事件，因為它們距離如此遙遠，在事發數十億年后，射線仍能到達地球，并被我們觀察到。
隨后事態開始變得明朗起來。長伽瑪暴較為明亮，也較為常見，它們產生自極大質量恒星所帶來的超新星爆發。超新星通常出現在產星區內，那里有許多大質量的恒星，它們的生命周期很短，因此爆發也較為常見。但是短伽瑪暴不一樣，它被認為是重元素產生的源頭。2005年，科學家Derek Fox及其同僚在《自然》雜志上發表了一篇論文，闡述了他們如何利用X射線和射電觀察，確定了一次短伽瑪暴發生的位置。他們指出，這個產生伽瑪暴的區域并非星系中通常發生超新星爆發的區域。因此學界對短伽瑪暴的研究已經開始轉向，許多人開始支持中子星碰撞假說。這是因為這類爆發持續時間極短，而普通恒星的爆發過程中有大量的原子核需要發生碰撞，還要發生其他一些有意思的現象，因此所需時間遠不止2秒。
而中子星的相撞與之相比則相當迅速。中子星的所有質量都被壓縮進了一個體積只相當于人類城市規模的球體中（外星城市另當別論）。它們不創造原子，而是一種原子核的物質形態：中子和其他粒子都被壓縮進了一個熾熱的小球中。假如超新星是氫彈，那么中子星就是上帝的碰碰球或粒子對撞機。它們被壓縮起來，并在瞬間釋放出來的能量在宇宙間是無與倫比的。
中子星的相撞就象相對論重離子對撞機，原子核對撞的速度將接近光速，相撞的后果是融合和重組，它們所混含的各類原子核會以一種非常有意思的方式重組。短伽瑪暴象征的是那些原子核中含有大量中子的重元素的誕生——而中子星有的是中子。宇宙中幾乎所有的金，和地球上所有的稀有金屬，如銪，都誕生自這些碰撞。
近年來，在對伽瑪暴的觀測中，又獲得了對中子星相撞假說更為有利的證據。雖然仍有一些謎團需要解開，比如這些伽瑪暴的產物是如何聚集在一起，成為新恒星或新行星的原材料的。但是可以明確的是，這類大碰撞是重要的宇宙物質鍛造過程。
作者：Matthew Francis
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