本文發表在《大眾科學》的前部落格網路中，反映了作者的觀點，不一定代表《大眾科學》的觀點
“我們是星塵”這個老生常談的話題已經深深地印在我們的腦海中，以至於它往往失去了詩意。是的，地球環境中比氫和氦更重的元素是在早已逝去的幾代恆星的各種生命週期中鍛造而成的。許多宇宙熔爐將其內部物質噴射到虛空中，用我們稱之為氧、碳、鐵等原子核的痕跡汙染了我們的星系。經過漫長的歲月，重力導致了這種星際物質的重新凝結。因此，這些元素被分離，使得星塵變得非常集中——形成了新的恆星、行星，以及構成人類及其荒謬複雜性的重原子核團。
這確實很奇妙，但是把這個故事重複足夠多次，它聽起來就有點普通了。部分原因是敘述會變得模糊——從泛泛地談論早期幾代現在看不見的恆星，到我們對星際物質性質的粗略描述。這有點像一位年長的親戚告訴你關於你龐大家族樹的事情。可能沒什麼可聯絡的，即使你真的很想建立聯絡。
但是，當你仔細觀察時，故事會變得更加有趣。首先，並非所有元素都以相同的方式產生。也許最有趣的例子是所謂的“r-過程”元素。這些元素的原子核比鐵重，是透過一種稱為快速中子俘獲的機制構建的。顧名思義，你需要一些東西來俘獲中子，以“種子”原子核的形式，而且你需要一個可怕的中子通量——足夠快地進入的中子，才能構建出超越任何高度不穩定的中間結構的原子核。
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但是這樣的環境存在於哪裡呢？
2017 年，引力波天文臺 LIGO 和 Virgo 登上頭條，檢測到了雙中子星合併的明顯跡象。兩個恆星質量的核物質球體螺旋式地結合在一起，並伴隨著不斷升級的時空振盪尖嘯。
與雙黑洞合併不同，這次事件產生了大量的電磁輻射，即所謂的千新星（字面意思是普通恆星新星輸出的千倍）。對千新星的望遠鏡研究為合併中子星是 r-過程天堂的觀點提供了令人信服的支援。這表明這些災難性事件在向我們銀河系的景觀提供一些最重的元素方面發揮著重要作用。從金、鉑和銥，到釷、鈾和像鈽這樣的短壽命元素。
現在，Bartos 和 Marka 的一項新研究，本週在《自然》雜誌上發表，為我們太陽系中 r-過程元素的起源提供了巧妙而有些令人震驚的見解。為了實現這一點，他們結合了兩個關鍵的分析。一個是來自隕石的資料，這些隕石保留了大約 46 億年前我們形成的太陽系中元素混合的證據。另一個是銀河系中子星合併歷史的巧妙統計模型。
這項研究指出，在我們當地宇宙歷史的黎明時期發生了一次非常近的中子星碰撞。這次事件的痕跡似乎存在於來自 r-過程的放射性同位素的細節中，這些同位素在中子星碰撞後被噴射到我們形成的系統中。
得出這個結論需要一些靈活的思維和巧妙的行動。中子星與中子星的合併在銀河系中非常罕見，在其整個範圍內，每百萬年發生一次到一百次之間。某些 r-過程元素，如錒系元素（包括鋦-247、鈽-244 和碘-129），不僅具有相對較短的半衰期，以數千萬年為單位進行測量，而且在古代太陽系隕石材料中留下了獨特的特徵，使我們能夠測量它們的原始丰度。因此，在我們太陽系形成的時間視窗期間存在的這些元素的數量，不僅提供了一個關於這些元素是多久以前鍛造的槓桿，而且還提供了一個關於鍛造地點的距離的槓桿。
透過構建一個銀河系中中子星合併的模擬，並在其歷史中一直到我們太陽系的形成（大約在銀河系存在 90 億年時），Bartos 和 Marka 能夠檢查哪些場景可能產生了從隕石分析中推斷出的錒系元素混合物。
結果是，似乎在太陽系形成後 80 加減 4000 萬年內發生了一次來自中子星合併的單次千新星爆發，距離約為 1000 光年。研究人員估計，如此附近的千新星事件將在一天多的時間內照亮夜空中的一切。四十五億年前，隨著合併過程中新制造的元素向外爆炸並擴散到星際空間，總共有大約 1020 千克最終沉積到我們年輕的系統中。
從那裡你可以計算出地球的 r-過程元素庫中有多少來自那次事件。例如，你體內碘的含量大約相當於一根睫毛的量來自於那些中子星。一輛特斯拉 Model 3 總共含有大約 5 克由這次特定中子星合併產生的原子核。一個使用濃縮鈾的現代裂變反應堆，將含有大約 200 公斤的材料，這些材料是在這次獨特的宇宙爆炸中產生的。
至關重要的是，這項研究似乎也排除了諸如核心坍縮超新星（即大質量恆星內爆）等事件作為整個銀河系中 r-過程元素的主要生產者。這些事件發生的頻率比中子星合併高數百甚至數千倍，但似乎與證據不符。
總而言之，看起來我們可以更新我們起源於“星塵”的故事。我們不僅要感謝比我們想象的更加深奧和極端的物理學，我們現在還可以在家族樹上放置兩個非常特定的祖先部落成員，一對中子星-命運多舛的戀人，他們的擁抱實際上以大火告終。
[完全披露：我在 Bartos 和 Marka 的論文中被致謝，他們都是我的同事。但我對他們工作的貢獻完全是鼓勵性的。]