本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定代表《大众科学》的观点
在玛格丽特·伯比奇及其同事意识到宇宙中最重的元素一定是在剧烈的宇宙爆炸中产生的 60 年后，首次探测到中子星碰撞。2017 年 LIGO 和 Virgo 观测到的碰撞产生的引力波，引发了全球范围内对中子星碎片产生的宇宙闪光的搜寻。这些发现使中子星成为产生伯比奇元素的领跑候选者。
伯比奇过程中的一些元素是放射性的；它们在最初产生它们的爆炸后稳定衰变。这些元素充当无处不在的宇宙时钟，携带有关其起源的信息。我们发现，太阳系中存在的此类时钟指向一次中子星碰撞，该碰撞发生在距今天太阳系仅 1000 光年的地方，这个距离是银河系大小的 1%。这次单一事件造成了今天地球上发现的一些最重元素（包括黄金、铀和碘）的 0.3% 的产生。
这次单一事件沉积的物质无处不在。每个人身上都含有相当于一根睫毛的来自这次碰撞的物质，主要是碘的形式。一枚金婚戒指含有 10 毫克。一辆特斯拉 Model 3 含有 5 克。一个核反应堆含有 200 公斤。在人类提炼过的所有黄金中，有 600 吨来自这次单一碰撞。
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中子星是超致密的死亡恒星，形成于大质量恒星在自身引力作用下坍缩时。它们的重量与太阳相当，但大小却像纽约市。它们实际上是一个巨大的原子核，主要由中子组成，因此得名。
科学家们长期以来一直怀疑中子星偶尔会在宇宙中相互碰撞，尽管确凿的证据难以捉摸。弗里曼·戴森在 1960 年代初提出，两颗中子星可能彼此靠近轨道运行；他对在人类遥远的未来从这样一个系统中提取能量感兴趣。罗素·赫尔斯和乔·泰勒在 1970 年代首次探测到两颗靠近的中子星。这两颗中子星注定将在 3 亿年后碰撞；由于引力波的发射，它们之间的距离正在持续缩小。
中子星碰撞的第一个暗示是冷战的意外副产品。美国发射了一个名为 Vela 的军事卫星网络，以监测苏联是否遵守 1960 年代的核试验禁令条约。卫星探测到的不是地球上的流氓爆炸，而是来自外太空的神秘信号。其中一些宇宙高能光子闪光，称为伽马射线，后来被证明是数十亿光年外中子星碰撞的明显迹象。
2017 年，美国的 LIGO 探测器和欧洲的 Virgo 探测器观测到一个引力波信号，该信号被确认为来自地球 1.3 亿光年中子星碰撞，证明此类碰撞确实发生在宇宙中。这是一次遥远的事件，但 LIGO 和 Virgo 在监测天空仅约四个月后就探测到它，这意味着中子星经常碰撞。在我们的银河系中，每 10 万年就会发生一次碰撞。如果我们有数百万年的时间等待，我们最终会偶然遇到一次离太阳系不太远的碰撞。
中子星何时何地碰撞对于太阳系的诞生具有特殊的重要性。在太阳和行星形成之前，最终构成它们的物质是以气体和尘埃组成的原始云的形式存在的。这片云比今天的太阳系大得多，撒下一张巨大的宇宙网，收集在所谓的星际介质中在恒星之间旅行的原子。积累在这片前太阳云中的一些物质来自中子星碰撞，包括今天我们在地球上发现的大部分黄金、铂、铀和其他重元素。
为了重建发生了什么，我们可以求助于由中子星产生并沉积在前太阳云中的放射性同位素。虽然这些同位素中的许多早已衰变，但它们在早期太阳系中的存在记录在陨石中，这些陨石是在前太阳云坍缩并开始形成太阳和行星后不久形成的。
放射性同位素中编码的信息具有启发意义。我们发现，如果几种半衰期小于 1 亿年的短寿命同位素起源于中子星，那么它们的相对数量是典型的，但它们与另一种宇宙爆炸——大质量垂死恒星产生的超新星——不一致。在银河系中，超新星爆炸的频率是中子星碰撞的 1000 倍。
这意味着，如果短寿命同位素是由超新星产生的，那么它们将定期得到补充，从而确保它们在太阳系形成时存在。对于较罕见的中子星碰撞，最短寿命的同位素在合并后不久就会耗尽，并保持耗尽状态直到下一次。这意味着，在太阳系形成时，这种同位素很可能已经耗尽。早期太阳系中观测到的短寿命锔-247 和碘-129 同位素的丰度表明了这种耗尽，从而排除了超新星。
在伯比奇最初的工作以及随后的几十年中，超新星被认为是产生最重元素的主要候选来源。这种范式受到了多条证据的挑战，包括 LIGO 和 Virgo 探测到的中子星碰撞的光学信号，以及我们的工作。
放射性同位素也指向前太阳云附近的碰撞。通过将测量量与银河系的数值模拟进行比较，我们发现，一次单一碰撞可能产生了早期太阳系中很大一部分短寿命元素。例如，锔，其寿命最长的同位素的半衰期为 1560 万年，主要由一次单一碰撞产生。
来自中子星的元素在我们的生活中发挥着重要作用。它们包括有价值的金属，如黄金和铂，或制造现代电子设备必不可少的元素。其中一些元素，如碘，对生命本身至关重要。如果碰撞的速率不同，或者地球位于银河系的不同部分，那么地球上中子星物质的丰度，以及我们的环境，可能会非常不同。
随着新型天文台的出现，例如能够探测引力波或中微子的天文台，我们对宇宙的探索越来越依赖于结合来自不同宇宙信使的信息。在这个名为多信使天体物理学的新领域中，太阳系中发现的放射性元素是一个有价值的补充。关于最极端的宇宙事件以及它们如何塑造我们在地球上的环境，还有很多东西需要学习。