根据公认的宇宙学模型，氢和氦是宇宙最早期的仅有元素。这些元素聚集在一起形成了早期的恒星和星系，通过核聚变产生了更重的元素如碳、硅、铁。这些又反过来在重力坍缩和超新星大爆炸时被散落宇宙各处。这个过程就叫做恒星核合成，也就是形成行星和生命的这些元素产生的过程。
然而元素周期表末端那些超重元素的起源之谜，至今仍是悬而未决的物理学难题。这些被称为超铀元素的特殊物质，包括钍、铀、钚等元素，其形成过程需要极端天体环境作为“锻造熔炉”。由洛斯阿拉莫斯国家实验室天体物理团队领衔的国际研究组，正通过多信使天文观测与核物理模拟，试图破解这类元素在宇宙中的生成机制。
据洛斯阿拉莫斯国家实验室3月25日发布的恒星消融研究报告披露，该团队通过数值模拟揭示：在双致密天体并合过程中，喷流核心区产生的伽马射线暴可将伴星外层物质剥离并转化为自由中子，这种极端中子通量环境为快中子俘获过程（r-process）提供了临界条件，最终导致宇宙中比铁更重的元素核合成。
该研究由洛斯阿拉莫斯国家实验室理论部、理论天体物理中心与阿贡国家实验室物理部联合开展，其标志性成果《中子创生记：高能光子通量驱动强子光致产生》已发表于《天体物理学杂志》（DOI:10.3847/1538-4357/adb1e3，2025年3月25日）。研究团队明确指出，元素周期表末端超重核素（如超铀元素）的起源机制，本质上取决于极端天体环境中发生的中子俘获过程（r过程）——这一发现破缺了传统核合成理论中关于元素丰度分布的认知边界。
本文描述了一种涉及原子核吸收自由中子并释放一定量伽马射线光子的核反应过程。然而，自由中子的半衰期很短，只有15分钟，这使其较为稀有，也限制了重元素的形成。洛斯阿拉莫斯国家实验室研究员、论文第一作者马修·R·蒙帕尔在该实验室的新闻稿中解释道："铀、钚等重元素的形成需要极端的物理条件。宇宙中仅存少数罕见且特殊的场所具备这些条件，而所有的这些地方都需要大量中子。我们提出了一种新现象——这些中子并非预先存在，而是在恒星中动态产生。"
蒙帕尔及其同事提出了一种假设场景：当质量足够大的恒星发生引力坍缩时，其中心会形成一个黑洞。如果黑洞旋转速度足够快，参考系拖拽效应会使磁场加速旋转，从而产生强大的喷流。这种喷流会穿过恒星的外层包膜，形成一个由热物质和与原子核相互作用的高能光子组成的茧状物。与此同时，质子被强磁场捕获在喷流内部，而中子被输运至茧状结构中。
相关知识
黑洞（英语：black hole）是一种类星体，就像一个理想的黑体，它不反光[6][7]，且有着极大的引力，以致形成所有的粒子与光等电磁辐射都不能逃逸的区域[8]。
广义相对论预测，足够紧密的质量可以扭曲时空形成黑洞[9][10]；不可能从该区域逃离的边界称为事件视界。虽然事件视界对穿越它的物体的命运和情况有巨大影响，但对该地区的观测似乎未能探测到任何特征[11]。此外，弯曲时空中的量子场论预测，事件视界发出的霍金辐射，如同黑体的光谱一样，可以用来测量与质量反比的温度。恒星质量的黑洞，温度往往在数十亿分之一K，因此基本上无法观测到。
最早在18世纪，约翰·米歇尔和皮耶-西蒙·拉普拉斯就考虑过引力场强大到光线都无法逃逸的物体[12]。1916年，卡尔·史瓦西发现了第一个能用来表征黑洞的广义相对论精确解（也就是史瓦西黑洞），然而大卫·芬克尔斯坦（英语：David Finkelstein）在1958年才首次发表史瓦西解做为一个无法逃脱空间区域的解释。长期以来，黑洞一直被认为仅仅来自数学上的好奇。在20世纪60年代，理论工作显示这是广义相对论的一般预测。约瑟琳·贝尔·伯奈尔在1967年发现中子星，激发了人们引力坍缩形成的致密天体可能是天体物理中的实体的兴趣。
BY：Matthew Williams
FY：Astronomical volunteer team
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