今年是門捷列夫提出元素周期表的150周年，盡管科學家一直致力于研究這些元素，但關于宇宙中的重元素是如何形成的，依然有一些問題沒有被完全解開。
科學家相信，宇宙中最輕的三種元素——氫、氦、鋰——誕生于宇宙大爆炸后的不久，而一些更重的元素（比如碳、氧、鐵）則是在恒星的中心創(chuàng)造出來的。但是，像鈾和金這樣的重元素的起源之謎，卻仍然困擾著天文學家。
○ 太陽系中元素的起源。| 圖片來源：[1]
在一篇剛發(fā)表于《自然》期刊的論文中，三名研究人員指出這些元素或許形成于坍縮星（快速旋轉的大質量恒星在超新星的引發(fā)下坍縮）。研究人員預期，在坍縮星的周圍會形成吸積盤，這個物質盤創(chuàng)造了產生新元素的必要條件。
之前的研究表明，要創(chuàng)造出元素周期表中的重元素，就需要一個富含中子的極端環(huán)境。這樣就會出現(xiàn)所謂的“R-過程”（快中子捕獲過程），在這個過程中，原子核會迅速地吸收中子，然后經(jīng)歷放射性衰變，從而產生新的元素。
天體物理學家從理論上推斷，兩顆中子星的合并或許能產生讓R-過程發(fā)生所需的條件，從而產生一些最重的元素。2017年，當天文學家探測到兩顆碰撞的中子星產生了引力波和光時，這一理論得到了強有力的支持。在這場合并事件中，出現(xiàn)了包括金、銀、鉑等重金屬元素形成的跡象。
不過，用中子星來解釋重元素的起源也有不足之處。這些已死亡的致密恒星需要很長時間才能合并。但是我們在一些形成于宇宙早期的古老恒星中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)過重元素的蹤跡。目前我們還無法確定中子星合并的速度是否快到足以解釋存在于早期恒星中的那些重元素。
然而，坍縮星卻可以在恒星開始形成后不久就發(fā)生，這種現(xiàn)象可能是導致重元素大量產生的原因。與中子星合并相比，一個坍縮星或許可以產生30倍的R-過程物質，并且可以產生質量是地球質量的數(shù)百倍的黃金物質。研究人員發(fā)現(xiàn)，在宇宙中，80%的R-過程元素可能都是由坍縮星造成的，剩下的則是由中子星合并造成的。
新的研究為2016年的一項發(fā)現(xiàn)提供了新的線索。當時，天文學家Alexander Ji發(fā)表論文發(fā)現(xiàn)，在宇宙早期，一個名為網(wǎng)罟座II的矮星系經(jīng)歷了一場浩劫，在其恒星中留下了R-過程元素?？茖W家曾懷疑，網(wǎng)罟座II中的這些重元素，是否來自于一顆古老的因中子星合并而產生的天體？現(xiàn)在，我們又多了坍縮星這個選項。
目前，天文學家尚不清楚坍縮星出現(xiàn)得是否足夠頻繁，也不清楚它們所產生的物質量是否能恰好解釋宇宙中的重元素豐度。這些問題都有待進一步地被檢驗。
那么，能更好地解釋像網(wǎng)罟座II這樣的星系的，到底是坍縮星還是中子星？天文學家正迫切地找尋這個問題的答案。未來，對由坍縮星所發(fā)生的超新星爆發(fā)的觀察，也將有助于確定坍縮星所起到的作用。
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