在我們太陽的宇宙鄰居銀河系中，有一顆相對明亮的恆星，而在這顆恆星中，天文學家已經能夠在太陽系之外的恆星中識別出最廣泛的元素範圍。由密歇根大學天文學家Ian Roederer領導的這項新的研究，已經在這顆名為HD 222925的恆星中鑑定出65種元素。在確定的元素中，有42種是重元素，它們被列在元素週期表的底部。

在一顆恆星中識別這些不同的元素將幫助天文學家了解所謂的”快速中子捕獲過程”，或者說是宇宙中重元素產生的主要方式之一。他們的研究結論已在網上公佈，並已被接受在《天體物理學報》增刊系列中發表。

“據我所知，這是我們太陽係以外的任何物體的記錄。而使這顆恆星如此獨特的是，它有非常高的相對比例的元素，沿著周期表的底部三分之二列出。我們甚至檢測到了黃金，”Roederer說。”這些元素是由快速中子俘獲過程產生的。這確實是我們試圖研究的事情：了解這些元素是如何、在哪里和什麼時候產生的物理學。”

這個過程也被稱為”r-過程”，從鐵等較輕元素的存在開始。然後，迅速地，例如一秒鐘的時間中子就可以被添加到較輕元素的原子核中。這就產生了較重的元素，如硒、銀、碲、鉑、金和釷，就是在HD222925中發現的那種，根據天文學家的說法，所有這些元素在恆星中都很少被發現。

“需要大量自由的中子和一套非常高能量的條件來解放它們，並將它們添加到原子的核中，”Roederer說。”能夠發生這種情況的環境不多，也許只有兩個。”

這些環境中的一個已經被證實：中子星的合併。中子星是超巨星的塌陷核心，是已知最小和最密集的天體。中子星對的碰撞會引起引力波，2017年，天文學家首次探測到來自合併中子星的引力波。r過程可能發生的另一種方式是在大質量恆星的爆炸性死亡之後。

“這是向前邁出的重要一步：認識到r-進程可能發生的地方。但是，要問一句，那個事件實際上發生了什麼？那裡產生了什麼？”Roederer說。”這就是我們的研究的意義所在。

Roederer和他的團隊在HD 222925中發現的元素是在宇宙早期的大規模超新星或中子星的合併中產生的。這些物質被拋出並扔回了太空，後來在那裡重新形成了Roederer今天所研究的這顆星。

然後，這顆恆星可以被用作這些事件中的一個特徵。未來的任何證明r-過程或自然界如何產生週期表底部三分之二的元素的模型，都必須具有與HD 222925相同的特徵。

至關重要的是，天文學家們使用了哈勃太空望遠鏡上的一種儀器，該儀器可以收集紫外線光譜。這個儀器是讓天文學家收集光譜中的紫外線部分的關鍵–來自HD 222925這樣的冷星的微弱光線。

天文學家們還使用了智利拉斯坎帕納斯天文台的麥哲倫望遠鏡之一–這是一個聯盟，麻省理工學院是其合作夥伴–來收集HD 222925的光學部分的光譜。這些光譜編碼了恆星內元素的”化學指紋”，閱讀這些光譜不僅使天文學家能夠識別恆星所含的元素，而且還能識別恆星所含某種元素的數量。

Anna Frebel是這項研究的共同作者，也是麻省理工學院的物理學教授。她幫助對HD 222925的元素豐度模式進行了整體解釋，以及它如何告知我們對宇宙中元素起源的理解。天文學家現在知道了在宇宙早期發生的一些r-進程事件的詳細的逐個元素輸出。任何試圖理解r-process發生了什麼的模型都必須能夠重現這一點。

這項研究的許多合著者是一個叫做r-進程聯盟的小組的成員，這個小組由致力於解決r-進程的大問題的天體物理學家組成。這個項目標誌著該團隊的關鍵目標之一：以前所未有的詳細程度確定哪些元素，以及在r過程中產生的數量。