กำเนิดทองคำ

กระทู้สนทนา

ทองคำเป็นหนึ่งในธาตุหนัก คือธาตุที่มีจำนวนโปรตอนในนิวเคลียสของอะตอมจำนวนมาก ทองคำเป็นธาตุที่หาได้ยากในเอกภพและหาได้ยากบนโลกอีกด้วยทำให้มันเป็นโลหะที่มีค่าสำหรับมนุษย์ ชื่อทางการค้าของมันคือ GOLD แต่สำหรับนักวิทยาศาสตร์มันมีรหัสธาตุว่า AU โดยมีเลขอะตอม 79 โดยทองมีสัดส่วนแค่ 6x10^-8 % เมื่อเทียบกับธาตุทั้งหมดในจักรวาล

ธาตุแต่ละชนิดถูกสร้างมาด้วยวิธีที่แตกต่างกัน เริ่มต้นที่ BIG BANG ได้สร้างธาตุพื้นฐานจักรวาลนั่นคือไฮโดรเจนและฮีเลียม ซึ่งต่อมารวมตัวกันเป็นดาวฤกษ์ กระบวนการนิวเคลียร์ฟิวชั่นบนดวงอาทิตย์จะหลอมอะตอมของไฮโดรเจนให้เป็นธาตุที่หนักขึ้น เกิดเป็นฮีเลียมไปจนถึงธาตุเหล็ก ซึ่งจะหยุดการหลอมอะตอมไว้เพียงเท่านี้ ไม่สามารถสร้างธาตุที่หนักกว่านี้ได้ แล้วบรรดาธาตุหนักอย่างทองคำ มันเกิดขึ้นได้อย่างไร

ในเมื่อขบวนการนิวเคลียร์ฟิวชั่นไม่มีพลังงานพอ การสร้างธาตุที่หนักกว่าเหล็กจึงต้องอาศัยขบวนการที่พิเศษขึ้นไปอีก นักวิทยาศาสตร์พบว่าการระเบิดซุปเปอร์โนวาซึ่งเกิดจากการตายของดาวฤกษ์มวลมาก(มากกว่าดวงอาทิตย์ 8 เท่าขึ้นไป) สามารถทำให้เกิดการหลอมรวมอะตอมสร้างธาตุที่หนักกว่าเหล็กได้ แต่มันก็ยังไม่มีพลังงานพอจะสร้างธาตุที่ีหนักมากอย่างทองคำได้

การตายของดาวมวลมากไม่สามารถสร้างทองคำได้ แล้วดาวมวลน้อยสามารถทำได้หริอไม่ นักวิทยาศาสตร์พบว่าการตายของดาวมวลน้อย (น้อยกว่า 1.4 เท่าของดวงอาทิตย์) หลังจากขยายตัวจนเป็นดาวยักษ์แดง ในวาระสุดท้ายมันจะยุบตัวลงอย่างฉับพลันโดยไม่ระเบิด ต่างจากดาวมวลมากที่จะระเบิดออกเป็นซุปเปอร์โนวา มวลสารส่วนใหญ่ของดาวมวลน้อยจะตกกระแทกเข้าสู่แกนดาว กำเนิดเป็นดาวแคระห์ขาว ซึ่งแรงกระแทกมันมหาศาลจนทำให้อะตอมหลอมรวมกันได้ บังเกิดเป็นธาตหนักชนิดต่างๆ รวมถึงทองคำด้วย แต่กระนั้นมันก็ยังไม่สามารถสร้างธาตุที่หนักมากเช่นยูเรเนียมได้ เนื่องจากมันไม่ระเบิด จึงไม่มีการสาดมวลสารไปทั่วจักรวาล แล้วทองคำที่กระจายไปทั่วอวกาศรวมถึงบนโลกมันมาจากไหน

ปริศนากำเนิดทองคำได้รับการคลี่คลายโดย Dan Kasen นักวิทยาศาสตร์จากสถาบัน UC Berkeley ซึ่งทำงานร่วมกับนักวิทยาศาสตร์อีก 4,000 คนทั่วโลกซึ่งร่วมกันสังเกตการณ์และศึกษาปรากฏการณ์การควบรวมกันของดาวนิวตรอน 2 ดวง ซึ่งอยู่ห่างออกไป 130 ล้านปีแสง ในกาแล็กซี่ที่ชื่อว่า NGC 4993 ในหมู่ดาวไฮดรา ซึ่งแดนได้พบว่าการควบรวมของดาวนิวตรอนครั้งนี้ได้สาดแร่ธาตุจำนวนมหาศาลถึง 2,300 เท่าของน้ำหนักโลกออกสู่อวกาศ ถ้าคิดเฉพาะทองคำมันจะมีมวลถึง 10 เท่าของโลก

กระบวนการสร้างธาตุหนักจากการควบรวมดาวนิวตรอนเกิดขึ้นได้อย่างไร พลังงานอะไรที่ทำให้เกิดการหลอมอะตอมจนเกิดธาตุหนักอย่างทองคำหรือแม้แต่ยูเรเนียมให้เกิดขึ้นได้ ซึ่งมันมีคำอธิบายดังต่อไปนี้

หลังจากดาวขนาดใหญ่ตายลงมันจะกลายเป็นดาวนิวตรอน ซึ่งแรงดึงดูดมหาศาลจะทำให้โปรตอนและอิเลคตรอนรวมตัวกันเป็นนิวตรอน เมื่อดาวนิวตรอนสองดวงโคจรเข้ามาใกล้กันมากๆ แรงดึงดูดจะทำให้มันหมุนวนซึ่งกันและกันด้วยความเร็วสูง แรงดึงดูดของแต่ละฝ่ายก็ฉีกเนื้อดาวให้กลายเป็นเมฆของมวลสารหมุนวนรอบกันและกันด้วยความเร็วสูงถึง 1/10 ของความเร็วแสง และร้อนจัดเป็นพันล้านเซลเซียส

อะตอมของธาตุอย่างเช่นเหล็กจะถูกระดมยิงด้วยนิวตรอนจำนวนมหาศาล เนื่องจากนิวตรอนเป็นกลางไม่มีประจุไฟฟ้า มันจึงพุ่งเข้าไปในนิวเคลียสของอะตอมเหล็กได้ อะตอมเหล็กที่สวาปามนิวตรอนจนเกินพิกัดจะเริ่มไม่เสถียร นิวตรอนบางตัวจะคายอิเลคตรอนออกไป ทำให้เหล็กกลายเป็นธาตุใหม่ที่หนักขึ้น เป็นแบบนี้ไปเรื่อย ๆ จนเกิดเป็นทองคำหรือแม้แต่ธาตุอย่างยูเรเนียมก็สามารถบังเกิดขึ้นได้ จากนั้นเมื่อดาวนิวตรอนทั้งสองชนกัน ก่อนที่จะหลอมรวมมันจะระเบิดอย่างรุนแรงสาดมวลสารออกไปทุกทิศทาง ทำให้ธาตุอย่างทองคำกระจายไปทั่วจักรวาลรวมถึงโลกของเรา

เพิ่มเติม อีกคำถาม แล้วทองบนโลกมาจากไหน

นักวิทยาศาสตร์ได้สำรวจและวิเคราะห์ไอโซโทปของหินเก่าแก่ในกรีนแลนด์ และได้ทฤษฎีว่า ในอดีตเมื่อโลกก่อตัวได้เพียง 200 ล้านปี โลกของเราถูกระดมยิงด้วยห่าฝนอุกกาบาต ซึ่งนำมวลสารจากอวกาศมาสู่โลก ทองคำและโลหะมีค่าส่วนใหญ่บนโลกก็มาจากเหตุการณ์นั้นเอง โดยประมาณว่าอุกกาบาตที่ถล่มโลกมีปริมาณ 20 พันล้าน พันล้านตัน เลยทีเดียว