宇宙的方法可能比我們想象的更多。

諸如金、銀、釷和鈾等金屬的產(chǎn)生需要高能量條件，如超新星爆炸，或中子星之間的碰撞。

然而，一篇新論文顯示，這些元素可形成在活躍的新生黑洞周?chē)匿鰷u混沌中，因?yàn)楹诙赐淌闪酥車(chē)臻g的塵埃和氣體。在極端環(huán)境中，中微子的高發(fā)射率應(yīng)該促進(jìn)質(zhì)子向中子的轉(zhuǎn)化--導(dǎo)致后者的過(guò)剩，這是制造重元素的過(guò)程所需要的。

德國(guó)GSI亥姆霍茲重離子研究中心的天體物理學(xué)家Oliver Just說(shuō)："在我們的研究中，首次通過(guò)精心設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)模擬系統(tǒng)地研究了大量吸積盤(pán)狀結(jié)構(gòu)里的中子和質(zhì)子轉(zhuǎn)換率，我們發(fā)現(xiàn)，只要滿足某些條件，盤(pán)狀結(jié)構(gòu)中的中子就非常豐富。”

一開(kāi)始，在大爆炸之后，并沒(méi)有大量的元素。在恒星誕生并開(kāi)始在其核心粉碎原子核之前，宇宙主要是由氫和氦組成的湯。

恒星核聚變?yōu)橛钪孀⑷肓烁氐脑?，從碳一直到最巨大的恒星鐵，在恒星死亡時(shí)向全空間播撒。

但鐵是核聚變遇到屏障。通過(guò)核聚變產(chǎn)生鐵所需的熱量和能量超過(guò)了這個(gè)過(guò)程產(chǎn)生的能量，導(dǎo)致核心溫度下降，這反過(guò)來(lái)又導(dǎo)致恒星在壯觀的爆炸中死亡--超新星爆發(fā)。

正是這個(gè)壯觀的超新星(以及碰撞中子星)使較重的元素融合在一起。爆炸的能量如此之大，以至于原子在用力碰撞時(shí)，可以從對(duì)方那里捕獲中子。

這被稱為快速中子捕獲過(guò)程，或r-過(guò)程；它需要真正快速地發(fā)生，以便在更多的中子被添加到原子核之前沒(méi)有時(shí)間發(fā)生放射性衰變。

目前還不清楚是否還有其他可以發(fā)生r-進(jìn)程的情況，但新生黑洞是一個(gè)有希望的候選者。一個(gè)是中子星合并成黑洞，塌縮星是另一種可能：大質(zhì)量恒星的核心在引力作用下塌縮成一個(gè)恒星質(zhì)量的黑洞。

在這兩種情況下，小黑洞被密集的、熱的物質(zhì)環(huán)所包圍，圍繞著黑洞旋轉(zhuǎn)，并向它輸送物質(zhì)，就像水流入下水道一樣。在這些環(huán)境中，中微子被大量地發(fā)射出來(lái)，天文學(xué)家們長(zhǎng)期以來(lái)一直假設(shè)r-捕獲核合成可能因此而發(fā)生。

Just和他的同事進(jìn)行了模擬，以確定情況是否確實(shí)如此。他們改變了黑洞的質(zhì)量和自旋，以及它周?chē)镔|(zhì)的質(zhì)量，還有不同參數(shù)對(duì)中微子的影響。他們發(fā)現(xiàn)，如果條件恰到好處，r-進(jìn)程的核合成可以在這些環(huán)境中進(jìn)行。

"決定性的因素是圓盤(pán)的總質(zhì)量。圓盤(pán)的質(zhì)量越大，中子就越經(jīng)常通過(guò)在中微子發(fā)射下捕獲電子從質(zhì)子中形成，并可用于通過(guò)r-過(guò)程合成重元素。然而，如果圓盤(pán)的質(zhì)量太高，反作用就會(huì)發(fā)揮更大的作用，這樣更多的中微子在離開(kāi)圓盤(pán)之前被中子重新捕獲。然后這些中子又被轉(zhuǎn)化為質(zhì)子，這就阻礙了r過(guò)程的進(jìn)行。"

重元素最多的甜區(qū)(棒球術(shù)語(yǔ))是盤(pán)的質(zhì)量在太陽(yáng)質(zhì)量的1%到10%之間。這意味著盤(pán)質(zhì)量在這個(gè)范圍內(nèi)的中子星合并體可能是重元素工廠。研究人員說(shuō)，由于不知道坍縮恒星出現(xiàn)吸積盤(pán)的情況有多普遍，所以關(guān)于坍縮恒星黑洞的結(jié)論仍未成立。

下一步將是確定如何利用中子星碰撞所發(fā)出的光來(lái)計(jì)算其吸積盤(pán)的質(zhì)量。

"數(shù)據(jù)目前是不夠的。但是隨著下一代加速器的出現(xiàn)，比如反質(zhì)子和離子研究設(shè)施(FAIR)，未來(lái)將有可能以前所未有的精度來(lái)測(cè)量它們，"GSI亥姆霍茲重離子研究中心的天體物理學(xué)家Andreas Bauswein說(shuō)。

"理論模型、實(shí)驗(yàn)和天文觀測(cè)的良好協(xié)調(diào)的相互作用，將使我們研究人員在未來(lái)幾年能夠測(cè)試中子星合并作為r-進(jìn)程元素的起源。"