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轻、重元素的来源 ， 长期以来一直让科学家困惑不已 。 事实上 ， 大多数元素是由氢和氦结合形成恒星而形成的 。 随着这些恒星变得越来越热、质量越来越大 ， 一些较重的元素就会被锻造出来 ， 这个过程被称为核合成（nucleosynthesis）——当恒星生命尽头时 ， 它们会在变成超新星时将这些元素喷向太空 。
不过还有其他方式可以使重元素（例如银和金）存在 ， 比如中子星之间碰撞的结果 。 中子星本质上是质量不足以凝聚成黑洞的大质量恒星的残余物 ， 体积虽小 ， 但密度极高——一茶匙装满中子星的物质大约重40 亿吨 。
那么宇宙是否有其他方式创造重元素？发表于《皇家天文学会月刊》上的一项研究表明 ， 黑洞周围的吸积盘可能是巨大的“黄金工厂” 。
恒星内部究竟是如何形成重元素的？
恒星内部的建模非常复杂 ， 因为我们无法准确地将探测器发送到恒星内部来查看它的功能 。 然而 ， 宇宙学家认为 ， 虽然元素在大爆炸后不久就形成了 ， 但条件还不够冷 ， 元素无法保持稳定 。 大约 3 或 4 分钟后 ， 早期的宇宙已经膨胀和冷却 ， 足以形成有利于电子停留在原子核周围轨道的条件 ， 从而形成了最轻、最简单的化学元素——氢、氦和锂 。 它们聚集形成巨大的气态云 ， 接着在自身引力作用下坍塌 ， 成为第一批恒星 。 在这些恒星的核心内 ， 当它们变得足够大时 ， 核聚变就开始了 。
核聚变是将轻元素转化为重元素的过程 。 氢也恰好是恒星本身的命脉 ， 将氢融合成其他元素的过程是保持恒星稳定的原因 。 一旦达到临界阈值并且恒星失去了生存所需的氢燃料 ， 恒星的质量就决定了它会变成什么样的物体 。 像太阳这样的小天体会变成白矮星 ， 中等大小的恒星变成中子星或脉冲星 ， 质量最大的恒星会坍缩成恒星质量的黑洞 。
简单地说 ， 只有较大的恒星才能产生更重的元素 。 这是因为这些恒星可以像我们的太阳一样将它们的温度升高到比较小的恒星更高的温度 。 这些恒星中的氢用完后 ， 它们会经历一系列的核燃烧取决于产生的元素类型 ， 例如氖燃烧、碳燃烧、氧燃烧或硅燃烧 。 在碳燃烧中 ， 元素通过核聚变产生氖、钠、氧和镁 。 当氖燃烧时 ， 它融合并产生镁和氧......
反过来 ， 这些元素会产生元素周期表上接近铁的元素——钴、锰和钌 。 然后 ， 通过上述元素的连续聚变反应 ， 产生铁和其他较轻的元素 。 不稳定同位素的放射性衰变也会发生 。 一旦铁形成 ， 恒星核心的核聚变就会停止 。
这是宇宙中最大恒星终结的开始 。 它需要大量的能量和热量来融合其他重元素 ， 尤其是铁 。 一旦铁开始在恒星的核心融合 ， 它就会产生比融合过程用来抵消重力的能量更多的能量 ， 从而保持恒星稳定并防止它自身坍塌 。 然后发生核心坍缩和超新星事件 。 当气体被喷射到太空中时 ， 原子会发生碰撞 ， 特别是中子 ， 在超新星被驱逐的瞬间 。
一旦这些原子开始结合 ， 放射性衰变就会带来一个问题：在原子核被更多中子轰击之前 ， 中子必须非常迅速地融合 。 重元素是由重“种子核（seed nuclei）”连续快速捕获中子形成的 ， 例如 Fe-56 ， 铁的一种常见同位素 ， 或其他更富含中子的重同位素 。 该过程也称为“快速中子俘获过程”或“r 过程” 。 这个过程负责产生大约一半的“重元素”——比铁重的原子核 。
那么 ， 大自然的黄金从何而来？
正如我们提到的 ， 长期以来人们一直推测金和其他重元素可以通过几种不同的方式形成：概括地说 ， 要么在大质量恒星的核心中 ， 当两颗中子星相撞时 ， 要么在喷出的热气体云中超新星事件后进入太空的瞬间 。 然而 ， 一篇论文表明黑洞可能在创造地球上最宝贵的元素之一——黄金 。
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