中國科學院近代物理研究所核物理中心研究員金仕綸與合作者，提出了新的超鐵元素核合成機制。8月20日，相關研究成果發表在《天體物理學雜志》（ The Astrophysical Journal）上。

宇宙中，比鐵更重的元素被稱為超鐵元素。超鐵元素的起源是21世紀物理學研究領域的未解之謎。宇宙中，恒星內部的熔合燃燒可以產生最重到鐵附近的元素，而超鐵元素則只能來自于更高溫度、更高密度環境下的爆發性天體環境。快中子俘獲過程（r-過程）被認為產生了約一半的超鐵元素。這一過程是核天體物理領域的前沿熱點。

2017年，科學家通過引力波及隨后的電磁信號確定雙中子星合并事件發生了r-過程。這是目前唯一被實驗證實的r-過程發生地點。然而，有研究發現，目前的理論不能全面地解釋觀測現象，如產生的稀土元素的含量少于宇宙中大量貧金屬星的觀測值。因此，研究其他r-過程地點顯得尤為重要。當前，理論學家認為r-過程可能發生于坍縮星和磁轉動超新星爆發。

該研究提出了共有包層噴射流超新星爆發（CEJSNe）發生r-過程的核合成機制及特征。一個雙星系統在生命的末期會分別成為中子星和紅超巨星。紅超巨星吞噬中子星后，其核芯物質開始被中子星吸積，隨著吸積不斷加劇，最終噴射流向兩極發射。這一高溫高密的噴射流迅速冷卻為r-過程提供了適宜的發生環境。

研究顯示，CEJSNe是目前最強的超鑭元素合成地點。研究在提取了被標定為r-過程增強星的天文觀測量及相關理論模型值后發現，CEJSNe與其他理論模型呈現出很好的反關聯關系。這表明豐富的稀土元素和超鑭元素不能同時出現在同一次r-過程核合成中。同時，研究提出，如果沒有CEJSNe，r-過程增強星的觀測值將很難被理論模型解釋。因此，該研究提升了r-過程核合成理論的完備性。

超鐵元素核合成新場景和新機制的提出，為進一步揭示r-過程核合成特征奠定了基礎。未來，科學家有望利用強流重離子加速器等裝置產生r-過程路徑的原子核，并開展關鍵物理量的相關研究，從而更深入地研究超鐵元素起源問題的本質。

研究工作得到國家自然科學基金、中國科學院基礎研究領域穩定支持青年團隊計劃、中國科學院“西部之光”人才培養計劃的支持。

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共有包層噴射流超新星爆發藝術圖