本文发表在《大众科学》的前博客网络中，反映了作者的观点，不一定代表《大众科学》的观点
“我们是星尘”这个老生常谈的话题已经深深地印在我们的脑海中，以至于它往往失去了诗意。是的，地球环境中比氢和氦更重的元素是在早已逝去的几代恒星的各种生命周期中锻造而成的。许多宇宙熔炉将其内部物质喷射到虚空中，用我们称之为氧、碳、铁等原子核的痕迹污染了我们的星系。经过漫长的岁月，重力导致了这种星际物质的重新凝结。因此，这些元素被分离，使得星尘变得非常集中——形成了新的恒星、行星，以及构成人类及其荒谬复杂性的重原子核团。
这确实很奇妙，但是把这个故事重复足够多次，它听起来就有点普通了。部分原因是叙述会变得模糊——从泛泛地谈论早期几代现在看不见的恒星，到我们对星际物质性质的粗略描述。这有点像一位年长的亲戚告诉你关于你庞大家族树的事情。可能没什么可联系的，即使你真的很想建立联系。
但是，当你仔细观察时，故事会变得更加有趣。首先，并非所有元素都以相同的方式产生。也许最有趣的例子是所谓的“r-过程”元素。这些元素的原子核比铁重，是通过一种称为快速中子俘获的机制构建的。顾名思义，你需要一些东西来俘获中子，以“种子”原子核的形式，而且你需要一个可怕的中子通量——足够快地进入的中子，才能构建出超越任何高度不稳定的中间结构的原子核。
关于支持科学新闻
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道： 订阅。通过购买订阅，您正在帮助确保关于当今塑造我们世界的发现和想法的有影响力的故事的未来。
但是这样的环境存在于哪里呢？
2017 年，引力波天文台 LIGO 和 Virgo 登上头条，检测到了双中子星合并的明显迹象。两个恒星质量的核物质球体螺旋式地结合在一起，并伴随着不断升级的时空振荡尖啸。
与双黑洞合并不同，这次事件产生了大量的电磁辐射，即所谓的千新星（字面意思是普通恒星新星输出的千倍）。对千新星的望远镜研究为合并中子星是 r-过程天堂的观点提供了令人信服的支持。这表明这些灾难性事件在向我们银河系的景观提供一些最重的元素方面发挥着重要作用。从金、铂和铱，到钍、铀和像钚这样的短寿命元素。
现在，Bartos 和 Marka 的一项新研究，本周在《自然》杂志上发表，为我们太阳系中 r-过程元素的起源提供了巧妙而有些令人震惊的见解。为了实现这一点，他们结合了两个关键的分析。一个是来自陨石的数据，这些陨石保留了大约 46 亿年前我们形成的太阳系中元素混合的证据。另一个是银河系中子星合并历史的巧妙统计模型。
这项研究指出，在我们当地宇宙历史的黎明时期发生了一次非常近的中子星碰撞。这次事件的痕迹似乎存在于来自 r-过程的放射性同位素的细节中，这些同位素在中子星碰撞后被喷射到我们形成的系统中。
得出这个结论需要一些灵活的思维和巧妙的行动。中子星与中子星的合并在银河系中非常罕见，在其整个范围内，每百万年发生一次到一百次之间。某些 r-过程元素，如锕系元素（包括锔-247、钚-244 和碘-129），不仅具有相对较短的半衰期，以数千万年为单位进行测量，而且在古代太阳系陨石材料中留下了独特的特征，使我们能够测量它们的原始丰度。因此，在我们太阳系形成的时间窗口期间存在的这些元素的数量，不仅提供了一个关于这些元素是多久以前锻造的杠杆，而且还提供了一个关于锻造地点的距离的杠杆。
通过构建一个银河系中中子星合并的模拟，并在其历史中一直到我们太阳系的形成（大约在银河系存在 90 亿年时），Bartos 和 Marka 能够检查哪些场景可能产生了从陨石分析中推断出的锕系元素混合物。
结果是，似乎在太阳系形成后 80 加减 4000 万年内发生了一次来自中子星合并的单次千新星爆发，距离约为 1000 光年。研究人员估计，如此附近的千新星事件将在一天多的时间内照亮夜空中的一切。四十五亿年前，随着合并过程中新制造的元素向外爆炸并扩散到星际空间，总共有大约 1020 千克最终沉积到我们年轻的系统中。
从那里你可以计算出地球的 r-过程元素库中有多少来自那次事件。例如，你体内碘的含量大约相当于一根睫毛的量来自于那些中子星。一辆特斯拉 Model 3 总共含有大约 5 克由这次特定中子星合并产生的原子核。一个使用浓缩铀的现代裂变反应堆，将含有大约 200 公斤的材料，这些材料是在这次独特的宇宙爆炸中产生的。
至关重要的是，这项研究似乎也排除了诸如核心坍缩超新星（即大质量恒星内爆）等事件作为整个银河系中 r-过程元素的主要生产者。这些事件发生的频率比中子星合并高数百甚至数千倍，但似乎与证据不符。
总而言之，看起来我们可以更新我们起源于“星尘”的故事。我们不仅要感谢比我们想象的更加深奥和极端的物理学，我们现在还可以在家族树上放置两个非常特定的祖先部落成员，一对中子星-命运多舛的恋人，他们的拥抱实际上以大火告终。
[完全披露：我在 Bartos 和 Marka 的论文中被致谢，他们都是我的同事。但我对他们工作的贡献完全是鼓励性的。]