元素的制造：从大爆炸核合成到快速中子捕获

如此高的温度存在于早期宇宙中。然而，当时宇宙各处的物质密度都非常高，它是一种几乎没有结构的亚原子粒子汤，在这汤里没有原子核，只是组成原子核成分的混合物。只有当它继续膨胀并冷却时，其中一些粒子才有可能粘在一起创造出原子核，然后可以捕获电子来制造原子。在这期间我们可以得到氢、氦和其它一些化学元素。

顺便说一下，制造原子核的过程称为“核合成”，而在大爆炸后几分钟发生的这部分核合成被称为“大爆炸核合成”。但是大爆炸后的膨胀发生得如此之快，以至于只有最轻的原子核才能在这个过程中合成。宇宙继续膨胀，但轻核在引力的作用下聚集起来，形成了第一批恒星。在这些恒星中，引力的收缩作用使它们温度再次升高，足以使这些轻原子核再次相遇，并融合成更重的原子核。这种核聚变会产生能量，这也是恒星发光发热的原因。

中子捕获偶尔会发生在恒星中，因此随着时间的推移，老恒星会孕育出一些比铁更重的元素。然而老恒星中的中子捕获速度很慢，而且恒星的寿命都是有限的，因此这个过程并不能产生我们所观察到的足够多的重元素。为此，我们需要另一个“快速中子捕获”的过程，它需要一个非常高压的极端环境，其中包含大量轰击原子核的中子。同样，一个中子进入原子核，产生β衰变后留下一个质子，变成更重的元素。

长期以来，天体物理学家认为快速中子捕获发生在超新星中。但计算结果并不理想，他们表明超新星不会足够快地产生足够数量的中子。观测结果也不支持这个想法，例如在矮星系中观测到的重元素如果都是超新星产生的，那么这将需要如此多的超新星，以至于会将这个矮星系炸开。因此，天体物理学家现在认为，重元素可能是在中子星合并中产生的。

中子星超新星爆发后留下的致密内核，顾名思义，它包含了大量的中子。它实际上并不包含原子核，只是一大团超致密的核等离子体。如果它们发生碰撞，碰撞会产生大量的原子核，并为快速捕获中子创造条件。这可以创造我们在地球上发现的自然形成的所有重元素。最近对中子星碰撞发出的光的分析支持了这一假设，因为光包含了重元素存在的证据。