由密歇根大學的Ian Roederer領導的一個天文學家小組（包括卡內基梅隆大學的Erika Holmbeck），已經確定了在我們太陽以外的恆星中迄今觀察到的最廣泛的元素範圍。他們的發現將發表在《天體物理學雜誌》增刊系列上。
研究人員在這顆被稱為HD 222925的恆星中發現了65種元素。他們的鑒定將幫助天文學家更好地理解快速中子俘獲過程–這是宇宙重元素產生的主要方法之一。
“據我所知，這是我們太陽系以外的任何天體的記錄。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，這些元素列在周期表的底部三分之二。我們甚至檢測到了金，”卡內基梅隆大學的前博士后Roederer解釋說。“這些元素是由快速中子俘獲過程製成的。這確實是我們試圖研究的東西：了解這些元素是如何、在哪裡和何時被製造出來的物理學。”
許多元素是通過核聚變形成的，在核聚變中，兩個原子核融合在一起並釋放能量，創造出不同的、更重的原子。但是比鋅重的元素是通過一個叫做中子俘獲的過程形成的，在這個過程中，一個現有的元素一次獲得額外的中子，然後”衰變”為質子，將原子的構成改變為一個新的元素。
中子可以在恆星內部長時間緩慢地被俘獲，也可以在幾秒鐘內被俘獲，當一個災難性的事件導致中子爆發轟擊一個區域時，中子就會被俘獲。每種方法都會產生不同類型的元素。但這項研究感興趣的是第二種。
“天文學家就什麼現象可以觸發這樣的轟擊爭論了很多年，2017年證實重元素可以通過兩顆中子星的碰撞產生–這一發現中，卡內基梅隆大學天文學家發揮了至關重要的作用，”Holmbeck說。“某些類型的超新星也可能產生這些重元素，但這還有待觀察證實。”
Holmbeck正在撰寫一篇後續論文，以確定在HD 222925中觀察到的化學丰度是由中子星合併還是超新星形成的。
“這項研究中確定的額外元素提供了一個新的基線，可以與模擬結果進行比較，我們可以用它來揭示在HD 222925的獨特化學特徵中看到的重元素的起源故事。”
研究小組在HD 222925中發現的材料是在宇宙年輕時很早就合成的。它被拋出並扔回了太空，後來在那裡重新形成了他們所研究的恆星。這意味着HD 222925可以被用作中子星合併或超新星產生的代表。
最重要的是，天文學家們使用了哈勃太空望遠鏡上的一個儀器，該儀器可以收集紫外線光譜。這是讓天文學家收集光譜中紫外線部分光線的關鍵–這些光線很微弱，來自於像HD 222925這樣的冷星。天文學家們還使用了智利拉斯坎帕納斯天文台的一個麥哲倫望遠鏡來收集HD 222925的光學部分的光線。
這些光譜編碼了恆星內元素的“化學指紋”，閱讀這些光譜，天文學家不僅可以識別恆星中包含的元素，還可以識別恆星中含有多少元素。
“我們現在知道了在宇宙早期發生的一些R-過程事件的詳細的元素輸出，”研究共同作者、麻省理工學院的 Anna Frebel 說。“任何試圖理解R-過程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-過程聯盟的小組的成員，這個小組由致力於解決R-過程的大問題的天體物理學家組成。這個項目標誌着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。