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今天来聊聊一篇关于 我国学者揭示早期宇宙星际间重元素起源之谜的文章，网友们对这件事情都比较关注，那么现在就为大家来简单介绍下科学家发现迄今宇宙最遥远的原初星系团，希望对各位小伙伴们有所帮助！

本文目录一览：

• 1、首个星际天体起源之谜新解
• 2、我国学者揭示早期宇宙星际间重元素起源之谜，其中秘密是什么？
• 3、物理学家研究重元素的起源
• 4、科学家破解银河宇宙射线中的高能重元素之谜
• 5、恒星核聚变到了铁打止了，那么宇宙中的重金属元素是怎么产生的？

首个星际天体起源之谜新解

张韵和林潮通过数值模拟得到的奥陌陌。 （国家天文台 张韵/图）

2017年10月19日晚，美国夏威夷大学的天文学家罗伯特·威里克（Robert Weryk）发现了一个此前从未被记录在册的小天体。经过此后一个多月的观测，天文学家最终根据这个小天体前所未有的轨道确认它来自太阳系之外。这个天体成为有史以来天文学家发现的第一个来自太阳系外的天体。

天文学家通常会将新发现的小天体归类到彗星或者小行星中，但是这个小天体却令他们感到困惑。他们发现，这个天体没有彗星靠近太阳时的典型特征，即没有发现它向外喷射气体和尘埃的迹象，因此初步推断这个小天体不是一颗彗星。因为这个天体太小太暗，天文学家很难直接确定它的外形和尺寸。他们根据天体的光度变化推测这个天体有着类似雪茄的奇特外形，长度约100米，长短轴比例为6∶1-10∶1，远大于太阳系内已知小天体的长短轴比例，同时它在运动过程中伴随着快速旋转，自转轴也不固定，天文学家还没有在太阳系中发现类似形状的小天体。

此后，负责为新发现的天体命名的国际天文学联合会（IAU）创造了一个不同于彗星（C）和小行星（A）的新类别——星际天体（I）——来给这个天体命名。这个系外来客的正式科学名称是“1I/2017 U1”，其中1I中的1代表这类天体中的第一个，I代表星际（Interstellar）。作为这个天体的发现者，夏威夷哈雷阿卡拉天文台的天文学家用当地语言中的’Oumuamua命名它，这个词在当地语言中的意思是“第一位来自远方的使者”。全国科学技术名词审定委员会天文学名词审定委员会随后确认这个天体的中文名称为“奥陌陌”。

奥陌陌是天文学家发现的第一个星际天体，因此他们对奥陌陌的到来实际上准备不足。当他们发现的时候，奥陌陌已经在飞离我们的路上。很快，又小又暗的奥陌陌就消失在光学望远镜的视野中，天文学家希望用斯皮策太空望远镜在红外波段进行追踪的努力也以失败而告终。根据计算，奥陌陌现在已经飞出土星的轨道，并将在大约1万年之后飞出太阳系。

奥陌陌已经消失在深空中，但是笼罩在它身上的谜团却引发天文学家持续的研究。虽然天文学家没有观察到奥陌陌如彗星一样喷射气体和尘埃的迹象，但是观测显示奥陌陌在离开太阳系的过程中处于加速状态，同它谜一般的外形一样，这个加速度的来源也有待破解。

发现奥陌陌后，天文学家第一次有机会对星际天体的形成和演化机制进行直接的研究。2019年8月，业余天文学家根纳季·鲍里索夫（Gennady Borisov）发现了第二个星际天体，后来这个天体以他的名字命名为2I/Borisov彗星。不过与奥陌陌相比，在这颗彗星进入太阳系的途中，天文学家就已经发现了它并对它进行了长达几个月的观测。观测结果显示，2I/Borisov彗星虽然来自太阳系外，但是与太阳系内的其他彗星相比没有什么特别的不同。这样一来，研究星际天体的天文学家仍然把重点放在奥陌陌身上。

奥陌陌消失之后，各种解释层出不穷，其中包括哈佛大学天文学系主任阿维·莱博（Avi Leob）等人提出的耸人听闻的“光帆飞船说”。系外智慧生命飞船这种说法暂且不论，其他的解释也没有哪个得到广泛的接受。因此，天文学界对奥陌陌起源和演化的争论一直没有停止。

2020年4月13日，中国科学院国家天文台博士张韵和清华大学高等研究院访问教授林潮在《自然·天文》（Nature Astronomy）上发表论文，给出了他们的解释。他们认为，新模型表明奥陌陌可能是被原行星系统中恒星的潮汐作用撕碎并甩出的碎片，他们进行的数值模拟的结果全面系统地复现了奥陌陌的特征。

张韵在国家天文台官网上简要介绍了研究的主要思路和结论。他们使用超级计算机对天体近距离飞越恒星过程中的结构和热力学演化展开高分辨率的数值模拟，发现恒星的潮汐力可以将天体撕碎成许多细长型碎片，同时潮汐作用可使部分碎片的速度增大至超过恒星的逃逸速度，使它们成为星际天体。这些碎片具有翻滚旋转的特征，长短轴的比例大多数高于5∶1，有些甚至能够高于10∶1，这也符合奥陌陌的观测特征，可以解释奥陌陌奇特的外形。

对于奥陌陌加速度的来源，这个理论也能给出解释。他们认为虽然恒星的热辐射使得奥陌陌内部的一氧化碳等可挥发性气体消耗殆尽，但是一些升华温度较高的可挥发性物质（如水冰等）能够在地下数十厘米处保存完好。在奥陌陌远离太阳的过程中，这些剩余的水冰可被太阳的热辐射激活喷发，提供观测到的奥陌陌的加速度。

张韵同时表示：“类似奥陌陌的星际天体穿越太阳系不应该是一个偶然事件，从概率上估计，每个太阳系周围的恒星系统平均至少可以产生百万亿数量级的类似星际天体，才能够解释奥陌陌闯入太阳系事件的发生概率。”林潮也认为，奥陌陌只是冰山一角，天文学家在未来将有机会观测到大量的同类天体。

耶鲁大学天文学教授格雷戈里·拉夫林（Gregory Laughlin）认为这项研究非常巧妙地运用行星系统演化过程的普遍现象解释了奥陌陌的特征，显示了星际间物质扩散的高效性，为人类理解行星系统的形成和演化提供了关键线索。奥陌陌国际空间科学研究团队共同负责人马修·奈特（Matthew Knight）也认为这项出色的研究“用一个单独的模型就得以解释奥陌陌一系列与众不同的特性”，令人印象深刻。

时隔一个多月，拉夫林和他在耶鲁大学的学生、目前在芝加哥大学担任博士后研究员的达瑞尔·塞利格曼（Darryl Seligman）在预印本网站arXiv上发布了一篇论文，给出了另一种不同的解释。他们的论文正式发表在《天体物理杂志快报》（Astrophysical Journal Letters）上。在他们看来，奥陌陌其实就是一个巨大的氢分子冰山。

在这篇论文中，他们通过重建奥陌陌的轨迹以及它在飞行过程中的受力情况发现，水冰被阳光加热后喷射到太空中产生的推力太小，不足以解释奥陌陌的加速，而其他类型的冰则可能产生足以解释加速现象的喷射，其中最有效的就是氢。这就需要奥陌陌中的氢此前也是以固体的形式存在。

二人进而提出，像奥陌陌这样的氢冰块最初诞生在星际分子云内部。这些由气体和尘埃组成的分子云的质量可达数万个太阳的质量，跨度达到数百光年。氢是宇宙中最常见的元素，但是氢极少以固体的形式存在，因为氢要在极低的温度下才能结成氢冰，这个温度大约为6K，也就是大约-267℃。而在这些黑暗的分子云的中心，尚没有恒星形成，可以免受恒星发出的辐射的影响，因此温度可以冷却到仅比绝对零度高出几度，这样的低温足以使氢结冰。同时这些结冰的粒子附着在星际尘埃的小颗粒上，经过数千年的时间可以形成奥陌陌这个尺寸的天体。

拉夫林和塞利格曼认为这个理论可以解释奥陌陌的加速行为以及它奇怪的细长条状。他们的计算表明，奥陌陌的形成时间不超过1亿年，在靠近太阳的过程中因为受热磨损而变成现在的形状，这就像是一块肥皂经过多次使用之后变成长条状一样。

天文学家对星际分子云充满兴趣。星际分子云内部存在原恒星核，是孕育恒星的场所。但由于被厚厚的星际气体和尘埃所包裹，天文学家无法使用光学手段探测内部区域。不过，射电天文学家已经在分子云内部探测到被认为是生命演化必需物质的有机分子，包括甲醇和乙醛。因此，研究星际分子云对我们理解生命的起源和演化有着重要的意义。

如果他们的解释正确，奥陌陌这样的天体就为天文学家提供了一个直接了解星际分子云内部情况的机会。拉夫林在耶鲁大学官网上表示：“这些由氢组成的冰山状天体的存在，使我们能够对形成恒星的气体云的内部条件进行准确的探测；同时，天文学家对恒星和与之相伴的行星的诞生过程的早期阶段仍然不甚了解，这些氢分子冰山为他们理解这个阶段提供了关键的新线索。”

到目前为止，围绕在奥陌陌身上的谜团尚未完全解开。而且，奥陌陌已经永远消失在我们的视线里，天文学家提出的种种理论都无法在它身上进行验证。奥陌陌之后，除去行为符合预期的2I/Borisov彗星外，天文学家尚未发现新的星际天体，也就无法进行有针对性的观测。所以，天文学家目前能做的更多是基于现有数据的模拟和猜测。

不过，随着下一代探测设备的建设和投入使用，他们将有机会发现更多的星际天体，从而加深对这类天体的性质的理解，并且对现有的理论进行验证。例如，欧洲航天局正在开发彗星拦截器（Comet Interceptor），这台设备将被放置在地球附近的太空中，未来如果有星际天体飞越太阳的话，它就可以对这些天体进行访问并收集数据。同时，正在智利建设的薇拉·鲁宾天文台（Vera Rubin Observatory）将于2022年正式投入使用，它将有能力探测到极暗的天体，帮助天文学家寻找隐匿在深空中的系外来客。因此，我们也许不用等待太久，就可以见证下一个奥陌陌的到来。

南方周末特约撰稿 鞠强

我国学者揭示早期宇宙星际间重元素起源之谜，其中秘密是什么？

早期星际介质中的重元素主要是被小质量星系的恒星星风，或者活动星系核反馈抛射到宇宙空间中的

物理学家研究重元素的起源

核物理学界长期以来的一个谜团是，为什么宇宙是由我们在周围看到的特定物质组成的。换句话说，为什么它是由“这个”物质而不是其他物质构成的?

特别令人感兴趣的是产生重元素的物理过程，如金、铂和铀，这些物质被认为发生在中子星合并和恒星爆炸事件中。

美国能源部阿贡国家实验室(DOE)的科学家们在欧洲核子研究中心(CERN)领导了一项国际核物理实验，该实验利用阿贡开发的新技术来研究宇宙中重元素的性质和起源。这项研究可能会对共同形成奇异核的过程提供重要的见解，并将为恒星事件和早期宇宙的模型提供信息。

参与合作的核物理学家首次观察到原子核的中子壳结构，其质子数比铅少，中子数超过126个——这在核物理领域是“神奇的数字”。

在这些神奇的数字中，8、20、28、50和126是标准值，原子核增强了稳定性，就像稀有气体对封闭电子层的作用一样。中子数超过126这一神奇数字的原子核大部分尚未被 探索 ，因为它们很难产生。了解它们的行为对于理解产生宇宙中许多重元素的快速中子捕获过程(r-process)至关重要。

r-过程被认为发生在极端的恒星条件下，如中微子-恒星合并或超新星。在这些富含中子的环境中，原子核可以迅速生长，在中子有机会衰变之前捕获中子以产生新的和更重的元素。

本实验以汞同位素207Hg为研究对象。207Hg的研究可以揭示它的近邻的性质，这些近邻的原子核直接参与了r过程的关键方面。

“本世纪最大的问题之一是，这些元素是如何在宇宙形成之初形成的，”阿贡的物理学家本·凯(Ben Kay)说，他是这项研究的首席科学家。“很难进行研究，因为我们不能只是从地球上挖出一颗超新星，所以我们必须创造这些极端的环境，研究在这些环境中发生的反应。”

为了研究207Hg的结构，研究人员首先使用了瑞士日内瓦欧洲核子研究中心的HIE-ISOLDE设施。一束高能质子射向一个熔化的铅靶，由此产生的碰撞产生了数百种外来的和放射性的同位素。

然后，他们将206Hg原子核从其他碎片中分离出来，并使用欧洲核子研究中心的HIE-ISOLDE加速器制造出一束原子核，其能量达到了该加速器所能达到的最高水平。然后，他们将光束聚焦在新的固体固体螺线管光谱仪(ISS)内的一个氘靶上。

凯说:“没有其他设施可以制造出这种质量的水星光束，并将它们加速到这些能量。”“再加上国际空间站卓越的分辨率，我们首次观测到了207Hg的激发态光谱。”

国际空间站是一个新开发的磁谱仪，核物理学家们用它来探测206Hg原子核捕获一个中子并变成207Hg的实例。光谱仪的螺线管磁铁是来自澳大利亚一家医院的4特斯拉超导核磁共振磁铁。由于英国领导的利物浦大学、曼彻斯特大学、达瑞斯伯里实验室和比利时鲁汶大学的合作者的合作，它被转移到欧洲核子研究中心，并安装在伊索尔德。

氘是氢的一种稀有的重同位素，由质子和中子组成。当206Hg从氘靶捕获一个中子时，质子会反冲。在这些反应过程中发射出的质子会被送到国际空间站的探测器上，它们的能量和位置会产生关于原子核结构及其结合方式的关键信息。这些性质对r过程有重要的影响，其结果可用于核天体物理学模型的重要计算。

国际空间站使用了由阿贡杰出的约翰·希弗提出的一个开创性的概念，这个概念是作为实验室的螺旋轨道光谱仪而建立的，太阳神号——这个仪器激发了国际空间站光谱仪的发展。太阳神号允许对曾经无法研究的核特性进行 探索 ，但由于太阳神号的存在，自2008年以来在阿贡进行了 探索 。欧洲核子研究中心的伊索尔德(ISOLDE)设施可以产生核束，与阿尔贡(Argonne)的设施形成互补。

在过去的一个世纪里，核物理学家已经能够通过研究轻离子束撞击重目标的碰撞来收集有关原子核的信息。然而，当重光束击中轻目标时，碰撞的物理性质就会变得扭曲，更难以解析。阿贡的太阳神概念是消除这种扭曲的解决方案。

凯说:“当一束炮弹击中一个脆弱的目标时，运动学就会改变，产生的光谱就会被压缩。”“但约翰·希弗意识到，当碰撞发生在磁铁内部时，释放出来的质子会以螺旋模式向探测器移动，通过数学‘技巧’，这就揭示了运动压缩，从而产生未压缩的光谱，揭示了潜在的核结构。”

来自欧洲核子研究中心实验的第一次数据分析证实了当前核模型的理论预测，该团队计划利用这些新能力研究207Hg区域的其他核，从而对核物理和r过程的未知区域有更深入的了解。

这项研究的结果发表在2月13日《物理评论快报》上的一篇题为“首次 探索 铅以下和N = 126以上的中子壳结构”的文章中。

科学家破解银河宇宙射线中的高能重元素之谜

科学家们利用美国西南研究院（SwRI）领导的磁层多尺度任务(MMS)的数据来解释银河宇宙射线（GCR）中存在的高能重元素。 银河系宇宙射线是由快速移动的高能粒子组成的，大部分是称为质子的氢离子，是宇宙中最轻和最丰富的元素。科学家们长期以来一直在争论GCR中的微量重离子是如何被加速的。

垂死的恒星的超新星爆炸产生巨大的冲击波，在周围的空间传播，将其路径上的离子加速到非常高的能量，形成GCR。重离子如何被激发和加速是很重要的，因为它们影响了整个宇宙中质量的重新分配，对于形成更重的、化学上更复杂的元素是必不可少的。它们还影响到我们对天体物理结构的感知方式。

“重离子被认为对传入的冲击波不敏感，因为它们的数量较少，而冲击能量绝大部分被占优势的质子所消耗。想象一下站在沙滩上，波浪移动你脚下的沙子，而你却留在原地，”SwRI的Hadi Madanian博士说，他是发表在《天体物理学杂志》上关于这项研究论文的主要作者。“然而，关于重离子在冲击条件下的行为的主流观点并不总是我们在对近地空间环境的高分辨率MMS观测中所看到的。”

冲击现象也发生在近地环境中。太阳的磁场被超音速的太阳风带过行星际空间，太阳风被地球的磁层阻挡和转移，磁层是我们母星周围的保护“气泡”。这个相互作用的区域由于其弯曲的形状而被称为“弓形冲击”。地球的弓形震荡形成的规模比超新星震荡小得多。然而，在某些时候，这种小型冲击的条件与超新星残余物的条件相似。研究小组利用MMS航天器在弓形冲击的高分辨率原位测量，研究重离子是如何被加速的。

“我们观察到弓形冲击附近磁场的强烈放大，这是一个与超新星残骸等强冲击有关的已知特性。然后我们分析了不同的离子种类在遇到弓形冲击时是如何表现的，”Madanian说。”我们发现，这些增强的场明显地改变了重离子的轨迹，将它们重新导向冲击的加速区。”

虽然这种行为没有预期会发生在重离子上，但研究小组在α粒子中发现了这个过程的直接证据，这些氦离子的质量是质子的四倍，电荷是质子的两倍。

“MMS 观测的卓越分辨率让我们对冲击波如何激发重元素有更清晰的了解。我们将能够利用这种新的理解来改进我们在天体物理冲击下宇宙射线加速的计算机模型，”这篇论文的共同作者、伦敦玛丽女王大学的数学和天文学教授David Burgess说。“新的发现对宇宙射线的组成和观察到的天体物理结构的辐射光谱有重大影响。”

恒星核聚变到了铁打止了，那么宇宙中的重金属元素是怎么产生的？

如题目所言，铁是恒星热核聚变所能够合成的最重元素，这当然是对于大质量恒星而言。像太阳这种质量的恒星，当生命终结时，只能从氢到氦，再聚变到碳为止，最终的碳核不会继续聚变。但更大质量的恒星在氢氦燃烧殆尽时，还可以继续燃烧碳核，产生更重的元素钠，镁等，一直到铁元素。

而铁的原子核的集合能是最大的，所以恒星聚变到铁的阶段，就不可能继续燃烧了。这时就不再有核聚变反应的张力来对抗恒星巨大的引力，大质量恒星中心的铁核就开始加速坍缩，剧烈的坍缩出现后，恒星外层的物质也会向内坠落，在这个时候就出现了超新星爆发。恒星的外壳会在超新星爆发中被抛射向宇宙，而中心的内核会以中子星或者黑洞的形式存在。

超新星大爆炸的极端高温高压状态，就会合成出被铁更重的元素，例如黄金等重金属元素，从而抛向太空，这些超新星的各种抛射物可能成为新一代恒星系的原料，形成新的恒星系统就像我们现在的太阳，地球以及生命。

说出来你可能不信，我们常见的金、银、铜等重金属，都来源于超新星爆发！

铁，以及铁之前的元素，例如碳、氧、钙等元素，都来源于恒星的核聚变，在这个过程中，原子序数低的元素会结合称原子序数高的元素，同时产生能量。比如氢就可以结合成氦，同时产生能量。

但这个过程并不能一直持续下去，一旦元素的序数超过了铁，核聚变就无法产生能量了。相反的，反而会吸收能量。一个反应如果吸收能量，只要没有外界的能量输入，那就是无法持续的。

所以铁之后的元素都不是靠核聚变产生的，它们，靠的是超新星爆发。

超新星爆发的主要能量，通常来自于引力。恒星自身的核反应无法支撑自己的质量之后，就会开始坍缩。同时引力势能转化为巨大的热能，引发超新星爆发。

在这个过程中，吸热的核聚变得以发生，从而产生了我们今天熟悉的铜、金等重金属。

由于铁的核聚变反应会消耗恒星的能量，引发恒星内部失衡，进而无法再继续进行核聚变合成更重的元素。就目前已知的情况来看，超铁元素的来源有两种。

第一种是大质量恒星的超新星爆发。当铁的核聚变引发恒星爆炸之后，将会产生相当多的自由中子。通过慢和快中子过程，铁原子能够俘获自由中子，进而不断合成出宇宙中自然存在的各种超铁元素，从第27号元素钴一直到第94号元素钚。通过核聚变合成的重元素以及通过铁原子俘获中子合成的超铁元素将会随着超新爆发而释放到太空中，并成为新的行星系统的原料，这为生命的出现提供了重要的基础，组成地球生命的重元素都是来自太阳系形成之前的某颗超新星。

第二种是两颗中子星的合并。根据去年发现的首例中子星引力波事件，中子星碰撞产生的碎片也会演变为重元素，比如金、铂。

恒星核聚变到铁的原因，是因为铁原子核里质子之间、中子之间、以及质子和中子之间的结合能是所有原子核中最大的，也就是说比铁原子核小的原子核，每增加一个质子或中子都是释放能量的，聚变到铁原子核之后，每增加一个质子或中子，都需要吸收能量。那么想生成比铁重的元素，也就是比铁原子核重的原子核，就需要外界输入大量能量。

之前认为这些重元素都来自于红巨星和超新星爆发，实际上通过核物理计算发现，小质量恒星的红巨星阶段原子核俘获中子是大部分碳和氮以及小部分较重原子核的来源（图中绿色部分），而大质量恒星的超新星爆发阶段的原子核俘获中子是大部分较轻元素的来源（图中黄色部分），剩下的部分来自白矮星爆发（图中银灰色部分）。

但核物理的计算同时发现，以上过程不会产生那些较重的放射性元素的原子核，宇宙中只有中子星合并这种罕见的高能事件才能生成这些原子核（图中紫色部分）。由于中子星合并一直没有直接的观测结果，直到去年这还只是一个假说，但是去年夏天LIGO观测到的引力波事件GW170817，直接证明了中子星合并事件的存在，为这个问题画上了圆满的句号。

恒星核聚变确实是到铁就结束了。

宇宙中的重元素比如金银等，都是超新星爆发的时候产生的。

一些比较大的恒星，在演化的晚期，热量已经不够维持星体的引力， 于是会朝内坍塌，在坍塌的过程中物质结构会炸裂。这个过程因为有巨大的引力势能转化为热能，温度也很高，所以发生了超新星爆发。这个爆发的瞬间就是会形成重金属元素。

这是目前的主流观点。

那么，恒星超新星爆发以后的残渣是什么呢？答案是中子星。中子星就已经不是正常的物质了，那些原子全部被引力压瘪了。因此，你可以认为金银等重金属元素是中子星产生过程中的逃命者。这些逃命者保持着原子结构，只不过成为了重金属原子。

当然了，不排除有别的物质机制可以产生重金属元素。尤其是在宇宙早期的时候，温度非常高，在这个大熔炉里，也许也能产生出重金属原子的原子核——当然这个情况很难发生，但也有小概率的。

氢氦锂铍硼，碳氮氧氟氖，钠镁铝硅磷……”对于大多数人而言，化学“元素周期表”肯定不陌生。然而，宇宙中除了氢和氦之外，其他重元素是如何形成的却还是一个未解之谜。

目前科学界普遍认为，一些重元素由氢与氦通过恒星内部核聚变反应产生。而恒星爆发成为超新星之后，又形成了另外一些重元素。然而，最近发表在《物理评论快报》上的一项新理论模型表明，微型黑洞从其内部毁灭中子星，可能也会制造出重元素，其中包括贵重的黄金。除此之外，对于重元素的来源还有一些其他推测。

重元素诞生于超新星爆发

大质量恒星核心核聚变产生了铁及其之前的重元素之后，恒星会剧烈坍缩形成超新星爆发，恒星中的铁元素在高温高压下，与自由中子、电子、质子等发生反应，产生铀之前的所有重元素。

目前科学界主流观点认为，在宇宙大爆炸之后的一段时期内，空间中充满了氢和氦这样最常见的轻元素，而宇宙中的一部分重元素来自于恒星内部的核聚变。

科学家指出，在极高的温度和压力下原子核外的电子可以摆脱原子核的束缚，使得两个原子核能够互相吸引而碰撞到一起，发生原子核聚合作用，生成新的质量更重的原子核。这就是所谓的核聚变。而铁以前的重元素就都是在恒星的核心，靠核聚变产生的。

恒星诞生初期能量全部来源于氢聚变成氦。恒星对抗自身引力坍缩的能量来源就是聚变。当大质量的恒星上的氢燃烧完之后，会在自身引力作用下发生坍缩，这一过程会使得核心温度和压力大幅升高，然后达到发生氦聚变的条件，生成碳和氧。当氦逐渐消耗，恒星又开始坍缩，温度和压力进一步升高，碳、氧就聚变生成硅。然后同理，硅聚变生成铁，由于铁聚变产生的能量得不偿失，于是聚变的链条到铁就停止了。此时恒星最外到最里层依次是氢、氦、碳、硅、铁。

但恒星的演化到了这步并没有完全停止。由于恒星的高温不足以“烹调”出铁以后的元素，如铜、镍、锌、铀等。要想促使这些重元素的诞生，就需要一个更大的熔炉，即超新星爆发。

科学家指出，大质量恒星在产生铁核心之后，由于聚变反应的停止，核心会发生剧烈的引力坍缩，形成超新星爆发，铁元素会在极高的温度和压力下，与自由中子、自由电子、质子及其他原子核发生反应，产生出92号元素铀之前的所有重元素，并随着超新星爆发将它们扩散到宇宙空间中去。

两颗中子星发生碰撞，一部分物质会被抛入太空，这些物质中富含中子，很多中子射向“种子核子”，这样便会形成原子量越来越大的元素。

虽然大多数科学家认为，从铁到铀，自然界稳定存在的重元素中有约半数是大质量恒星在生命终结阶段发生超新星爆发时生成的。但也有科学家给出了不同的可能性，他们指出，这些重元素的起源可能是一种更加狂暴而罕见的机制——密度超高的中子星之间发生的相撞。

中子星是恒星衰亡并发生超新星爆发之后残留的遗骸，其密度极高。直径数百公里的一颗中子星，质量可以和太阳一样甚至更高。在地球上，如果你拿着一勺中子星物质，那么这一勺子物质的重量将达到50亿吨。

尽管绝大部分中子星都孑然一身，但也会有两颗中子星组成双星系统，它们可以在一起相互绕转数十亿年，但是在这一过程中会逐渐相互靠近，直到有一天，这两颗中子星终于陷入毁灭性的相撞。

美国哈佛史密松天体物理中心的科学家艾多·贝格说，这时候两颗中子星的绝大部分物质会发生进一步坍缩，形成黑洞，而另外一部分物质会被抛入太空。这些物质中富含中子，这样便会形成原子量越来越大的元素。美国加州大学伯克利分校天体物理学家丹尼尔·卡森解释说，你需要很多中子并将它们射向那些“种子核子”，才能合成那么重的元素，比如金、铅，或者铂。这就像是 汽车 挡泥板上不断累积的泥浆一样。

科学家得出这一结论，缘于一次伽马射线暴。这次伽马射线暴距离地球约39亿光年，虽然持续时间不到0.2秒，但其红外线余晖却持续数天时间。科学家将观测的结果与理论模型进行对比之后，得出结论认为这是大量重金属元素形成之后产生的放射性辉光，而这些重元素是在一次中子星的撞击事件中产生的。

卡森对这次碰撞做了粗略的估算，认为这次事件中约产生了相当于20倍地球质量的黄金。这一数量的黄金足以装满100万亿个油桶。而且这次撞击事件中所产生的铂金数量甚至比产生的黄金还多7倍。

此外，科学家还在一个矮星系——网罟座二号9个最亮的恒星中发现了7个包含许多重元素的恒星，这比任何矮星系上发现的都要多。科学家表示，这些恒星上的重元素比其他相似星系上观察到的多了近100倍。而在一个矮星系上发现这么多重元素证明了网罟座一定发生过比超新星爆发还要罕见的事件，比如中子星撞击，因为大多数超新星爆发产生的重元素也远远达不到网罟座上那些重元素的惊人数量。

黑洞毁灭中子星成为重元素来源

原生黑洞从内部消耗中子星，使中子星收缩自转变快，最终导致一些部分甩离本体，这些富含中子的分离部分，很可能就是重元素的来源。

还有研究人员猜测，宇宙中的重元素（如金、银、铂和铀）可能是早期宇宙诞生时在黑洞的帮助下形成的。

在宇宙大爆炸时，其异乎寻常的力量会把一些物质挤压得非常紧密，形成了“原生黑洞”。这种黑洞并不是由恒星坍缩而形成的。理论上，原生黑洞比普通黑洞更小，甚至小到肉眼无法看到。

在这项最新研究中，研究人员认为原生黑洞会与中子星发生碰撞，中子星几乎完全是由中子构成，并且非常密集，原生黑洞将沉入中子星中心区域，从其内部吞噬它们。美国加州大学洛杉矶分校理论物理学家亚历山大·库先科认为，当这种情况发生时，黑洞会从内部不断消耗掉中子星，这个过程可能会持续1万年左右。之后，中子星随着自身的收缩，自转会变得越来越快，最终导致一些小的部分被甩离本体。而这些富含中子的分离部分，很可能就是重元素的来源。

然而，库先科同时表示，中子星捕获黑洞的可能性非常低，这种低概率与只有少量星系富含重元素的观察结果一致。形成于宇宙早期的黑洞与中子星相撞产生重元素的理论也解释了银河系中心区域中子星数量稀少的问题。据了解，今年晚些时候，库先科和同事们将与普林斯顿大学的科学家合作，对“中子星—黑洞”相互作用产生重元素的过程进行计算机模拟，并希望能通过将模拟结果与临近星系中重元素的观测结果进行比较，来判断地球上存在的金、铂和铀是否来源于早期宇宙中的黑洞

答：比铁重的原子，可以经历超新星等其他方式生成。

原子平均核子质量中，铁的平均核子质量是最低的。

意味着铁-56是最稳定的原子：

（1）比铁小的原子可以发生聚变，同时放出巨大的能量；

（2）比铁大的原子，可以发生裂变，也会放出巨大的能量；

（3）但是铁原子发生融合生成更重的原子时，就会吸收大量的能量；

恒星形成与演化理论指出，铁原子的聚合反应需要60亿度以上的高温，而恒星内部最高也只有几亿度，所以恒星内部的温度，不足以让铁原子发生聚合反应，恒星内部的核聚变到铁为止。

但是，大质量恒星在演化末期，有可能发生超新星爆炸，超新星爆炸的瞬间，在内部形成数十亿度的高温，就能达到铁原子聚变的条件，从而生成更重的元素。

有个说法：我们每个人身体中储存的重元素，都来源于地球形成前的某次超新星爆炸。

另外，除了超新星爆炸外，中子星合并等等剧烈的天文事件，也有可能达到铁原子聚变的条件。

到铁为止，那是大质量恒星的专利，像咱们太阳还没有机会到铁，到碳与氧就完事了。

那么宇宙中金银等重元素是如何来的呢？

铁元素以上可以通过大质量恒星的核聚变生成。在宇宙大爆炸初期原初核合成阶段，主要生成氢、氦、锂（少量）较轻的原子核。而像铍、硼、锂等轻原子核可以通过宇宙射线引起的聚变反应合成。

而硼之后的元素则是由恒星及其恒星事件来合成。

诸如：低质量恒星如太阳，可以演化到白矮星阶段，最终生成碳与氧构成的白矮星，当然如果恒星质量大一点，白矮星就会由氧、氖，镁元素构成。

大质量恒星（一般指8倍以上太阳质量的恒星），则会进行超新星爆发，超新星爆发是重元素的加工厂，宇宙中暴烈的天文事件，可以生成金银铂汞铅等等重元素。

（超新星爆发将会抛散出大量重元素。）

另外例如中子星的合并，黑洞的碰撞，中子星与黑洞的碰撞也会抛散出重元素。

所以，重元素的生成离不开高温与高压，像黄金，它在宇宙中的含量是很稀少的，这就是为什么各个国家都以黄金来做储备，而不用价钱更加昂贵的珠宝来做储备的原因了。

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首先要明白一点，核聚变发生有很重要的两个前提，一是恒星内部温度压力足够高，而是压力也不能太高，不然整颗恒星就会快速向坍缩，也就是说，核聚变产生的向外推力需要与恒星本身产生向外万有引力达到一种平衡！

这种严格的要求也说明了为什么恒星有最小和最大质量员要求，质量太小就形成不了恒星，因为内部温度压力达不到，比如说木星。质量太大也不行，因为万有引力太大，肯定会向内塌陷！

正是因为恒星的质量有限制，造成了核聚变并不能一直持续下去，通常情况下聚变到铁元素就停止了。

而一旦没有了核聚变，核聚变与万有引力之间的平衡就被打破了，万有引力就开始占据主导地位，整颗恒星开始急剧向内塌陷，造成的结果是温度压力等极速上升，到了一个临界值发生猛烈的爆炸，一颗超新星诞生了！

超新星爆炸瞬间产生的能量是超乎想象的，亮度极高，甚至能超过整个星系的亮度。同时，爆炸的瞬间由于温度压力非常高，铁元素也不得不开始聚合在一起，最后形成了我们常见的重元素，随着超新星的爆炸喷发到宇宙空间！

不过只有质量较大的恒星才会最终形成超新星，而向太阳这么大小的恒星不会形成超新星，最后只能形成白矮星！超新星爆发的结果除了形成更重的元素，留下的内核就是中子星或者黑洞！

核聚变到铁为止的说法是因为横恒星内部的聚变过程只能到铁元素，其根本原因是因为聚变到铁元素之后会吸收能量而不像之前的轻元素聚变释放能量。这也是为什么一个恒星开始生成铁元素的时候就意味着恒星的寿命开始走向尽头。

当恒星生成铁元素之后，其聚变过程会导致能量被聚变过程吸收，随着能量的缺失，恒星无法再维持其聚变过程，从而恒星上的物质开始无法抵抗自身的重力影响，然后星球崩溃，发生超新星爆炸。

绝大多数超过铁元素的物质都来自于超新星爆炸产生的高能引起的聚变反应，也随着超新星爆炸也让这些重核元素能够到达其他区域。

所以说，核聚变到铁为止的说法不正确，准确的说，恒星正常周期时内部的核聚变到铁元素为止。目前人工可以合成的元素质量已经远超过铁元素了很多了，在粒子对撞过程中需要消耗极大的能量。

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