在民間傳說和歷史中，有關地球上的黃金到底來自何處以及如何能夠獲得更多黃金的問題，已經產生許多荒誕無稽的解釋。印加人認爲，黃金是天上掉下來的，是太陽神的眼淚和汗水。亞里士多德(Aristotle)認爲，黃金是硬化的水，是太陽射線穿透地下改造而成。艾薩克·牛頓(Isaac Newton)甚至曾抄下某個哲學家“點石成金”的配方，也有人認爲黃金是德國民間傳說中的侏儒怪(Rumpelstiltskin)用稻草變的。

　　現代天體物理學家則有他們自己的解釋，即“後增薄層(late veneer)”假說。這種理論認爲，大約40億年前，地核形成並穩定後，隕石頻繁撞擊地球，使約佔現在地球質量0.5%至1%的球粒隕石物質加入地幔中，造成地幔增生，進而形成現在地幔中鉑族元素(包括黃金)。但有關“宇宙中黃金如何形成”這個更基本的問題，依然引發激烈爭論。

　　數十年來，最令人信服的說法是超新星爆炸產生了令人垂涎的貴金屬，以及元素週期表底部多種重元素。但是隨着超新星計算機模型的改進，研究人員發現，這些超新星爆炸事件就像歷史上的鍊金術師那樣，只是將黃金提煉出來，依然沒有解決黃金起源的問題。或許還有其他宇宙事件需要研究，它們或許纔是黃金誕生的真正來源。

　　過去幾年間，一場相關辯論爆發了。許多天文學家認爲，兩顆中子星融合可能是宇宙中重元素(包括黃金)的誕生之源。其他人甚至認爲，如果普通的超新星爆炸無法做到，更怪異的理論或許能夠給出解釋。爲了解決這個爭端，天體物理學家們正在到處尋找線索，從鍊金術的計算機模擬到伽馬射線望遠鏡探測深海錳殼等。爭奪首先觀察到“宇宙造幣廠”黃金流水線的競賽已經展開。

　　1957年，物理學家瑪格麗特·博比奇(Margaret Burbidge)、傑弗裏·博比奇(Geoffrey Burbidge)、威廉·富勒(William Fowler)以及弗雷德·霍伊爾(Fred Hoyle)提出一套理論，闡述恆星誕生和死亡促使化學元素週期表上所有元素產生的方式。這意味着，人類(至少構成我們身體的元素)曾是星塵，也包含黃金。美國麻省理工學院天文學家安娜·弗雷貝爾(Anna Frebel)說：“這個問題本身相當古老，現在更是需要破解星塵的祕密。”

　　宇宙大爆炸留下了氫、氦以及鋰等元素，恆星隨後將它們逐漸融合成更重的元素。但是這個過程在鐵形成後停止，因爲鐵已經是最穩定的元素。比鐵更大的核帶有正電，因此很難繼續融合，而且融合也不再返還你更多能量。爲了讓重元素變得更可靠，你可以用沒有電荷的中子轟擊鐵核。新的中子經常促使鐵核不穩定。在這種情況下，中子會衰變爲質子，彈出電子和反中微子，而淨增加的質子會促使新的重元素誕生。

　　當額外中子被以比衰變慢得多的速度投入原子核中時，這個過程被稱爲“慢中子俘獲(slow neutron capture)”，又被稱爲S進程，它會產生鍶、鋇以及鉛等輕元素。但是當中子比衰變更快的速度進入原子核中時，就是所謂的“快中子俘獲(rapid neutron capture)”，也稱爲R進程。這個過程會加強原子核，從而形成重元素，包括鈾和黃金。

　　爲了找到R進程元素，博比奇夫婦與他們的同事認爲，你需要幾件東西。首先，你必須擁有相對較純、不含雜質的中子源。其次，你需要重“種子”核(比如鐵)，以便俘獲那些中子。最後，你需要將它們在炙熱、稠密的環境中融合。你希望這一切都在大爆炸過程中發生，並將爆炸的產物散落在太空中。

　　對於許多天文學家來說，符合這些要求的目標只有特定的對象：超新星。當巨大恆星的核心融入更多重元素形成鐵後，超新星就會爆發。隨後融合會停止，恆星大氣層就會崩潰。相當於太陽的質量塌陷成直徑僅有12公里的球體。接着，當核心達到核物質的密度時，它就會變得更牢固。能量反彈向外，從數十億光年之外就可看到的超新星爆炸會撕裂恆星。在恆星塌縮時，原子核中的質子和電子被迫融合起來，形成中子，並將核心變成新生的中子星。它含鐵非常豐富，熱量充足，發光的熔岩不斷擴展向太空中，並噴發出不同的物質。

　　到20世紀90年代，特定的圖像已經開始出現在計算機模型中。超高質量的恆星核崩潰後半秒，會持續湧出中子流，持續時間高達1分鐘。有些風會吹走鐵核成爲“種子”，並伴隨着大量中子。德國馬克西-普朗克天體物理研究所的托馬斯·詹卡(Thomas Janka)說：“那就是希望。我想說的是，它們會在20年左右形成R進程元素。”美國加州大學聖克魯茲分校天體物理學家恩裏克·瑞茲(Enrico Ramirez-Ruiz)表示：“如果你打開教科書，它會告訴你R進程元素是超新星爆炸形成的。”

　　但是隨着超新星模型變得越來越複雜，情況卻變得更糟，而非更好。在中微子驅動的風中，溫度似乎還不夠高。這種風的速度可能也太慢，讓種子核形成的如此之大，以至於無法找到足夠的中子建立重元素。中微子也可將中子轉化爲質子，這意味着可能沒有許多中子參加這個進程。

　　這使得理論學家們重新回到超新星模型的最強觀點上，即超新星形成中子星，這似乎是必不可少的過程。斯德哥爾摩大學的史蒂芬·羅斯沃格(Stephan Rosswog)表示：“對於這種核的合成來說，簡直棒極了!最初宇宙中任何地方可能都沒有大量中子，但是中子星有很強的引力場，問題是你如何才能將中子星變成噴射源?”

　　一種方法就是利用其誕生時同樣的爆炸砸開中子星，但這種方法似乎沒有效果。直到1974年，射電天文學家發現首個雙中子星系統。它們互相圍繞對方旋轉，且在不斷失去能量，它們終有一天會發生碰撞。同樣是在這一年，天體物理學家詹姆斯·拉蒂默(James Lattimer)與大衛·施拉姆(David Schramm)製作出模型，假設這種情況發生時的場景。由於當時的計算過於複雜，他們沒有研究兩顆中子星碰撞的場面，而是模擬了中子星和黑洞融合。

　　儘管超新星爆炸可以短暫地照亮整個星系，但中子星卻很難看到。1054年，許多不同國家都觀察到超新星爆炸產生的螃蟹星雲。而直到1968年，中子星留下的痕跡才被觀察到。兩顆中子星融合可能依然很難被發現和理解。拉蒂默和施拉姆表示，儘管沒人看到過那樣的場景，但這種奇異事件或許是R進程元素產生的源頭。

　　在互相旋轉的最後幾圈，兩顆中子星接近形成更大的中子星或黑洞，它們受到龐大引力潮的衝擊，這種碰撞會產生大量材料。哥倫比亞大學理論天體物理學家布萊恩·梅茨格(Brian Metzger)說：“這有點兒像擠牙膏，牙膏從口端飛出來。”每顆中子星的後面都拖着長長的尾巴，每個質子可能有10箇中子相隨，它們會加熱到數十億攝氏度。重核大約在1秒內形成，因爲它們有如此多額外的中子，因此不夠穩定。它們會發光，最後衰變爲黃金和鉑金。至少，這個過程在模擬中可以再現。

　　中子星融合和超新星爆炸都可以產生R進程元素。但是這兩大天體事件會產生多少黃金存在很大差異。超新星爆炸可以產生相當於月球體積的黃金，而中子星融合則可產生類似木星體積的黃金，後者比前者多數千倍，但是並不常見。這讓天文學家們將搜尋R進程元素作爲追蹤貴金屬起源的方法之一。美國加州大學聖克魯茲分校天體物理學家瑞茲說：“可以將R進程元素視爲巧克力。宇宙中含量豐富、由占主導地位的超新星爆炸產生的R進程元素就像塗有薄薄一層巧克力的餅乾，而中子星融合則像巧克力芯餅乾，所有巧克力都是濃縮的。”

　　評估R進程事件分佈和頻率的一種方法，就是尋找它們在地球上的副產物。超新星照亮銀河系不久後，它們產生的核可以凝聚到星際塵埃顆粒上，穿過太陽和地球磁場落在地球上，並在深海中保存下來。《自然》雜誌2016年刊文稱，深海地殼中發現的放射性鐵-60與過去1000萬年地球附近的超新星爆炸有關。然而，這些超新星似乎與R進程元素並不相符。當研究人員研究深海地殼中的鈈224(可隨着時間推移而衰變的不穩定R進程產物)樣本時，他們發現其數量很少。梅茨格說：“無論在哪裏產生的這些重元素，在我們銀河系都不常見。”

　　並非所有人都認同這個結論。由慕尼黑理工大學肖恩·畢索普(Shawn Bishop)帶領的團隊，希望繼續在地球上找到附近超新星爆炸後傳來的放射性鈈。目前，這個團隊正在含有微化石的沉積物中尋找R進程元素存在的線索。微化石就是細菌遺骸，它們可從環境中提取金屬並形成磁性晶體。

　　天文學家們也在更遠的宇宙中尋找“巧克力芯餅乾”存在的證據。R進程元素銪有着強大的光譜線，允許天文學家在恆星大氣層中找到它。在銀河系光暈中發現的古老恆星中，觀察R進程信號不太容易。瑞茲說：“我們可以找到兩顆含有相似鐵元素的恆星，但它們的銪含量卻存在數量級的差異。有鑑於此，宇宙中更有可能看到巧克力芯而非巧克力塗層。”

　　天文學家們已經發現更明確的例證。許多矮星星系在穩定前只會經歷一次短暫爆發，這隻給它們留下發生R進程事件更狹窄的窗口。直到2016年，沒有任何矮星星系的恆星似乎富含R進程元素。然而麻省理工學院天文學家弗雷貝爾的學生亞力克斯(Alex Ji)卻在名爲Reticulum II的矮星星系中觀察到這樣的恆星。弗雷貝爾回憶稱：“亞力克斯在凌晨2點給我打電話，稱光譜儀有點兒問題，一顆恆星似乎出現更強的銪線。當時我戲稱：‘亞力克斯，或許你發現了R進程星系。’”實際上，亞力克斯的確有了發現。Reticulum II有7顆恆星上富含R進程元素，它們可能都是在罕見的單一事件中產生的。

　　對於中子星融合模型的支持者來說，所有這些都是有利的證據。中子星融合事件十分罕見，與恆星碰撞和超新星爆炸等單一事件不同，它們要求兩顆中子星形成二元軌道，並在數億年後融合。但是批評人士指出，這種情況過於罕見。在我們的銀河中，中子星融合可能每隔1億年才發生一次，當然也有人稱其頻率爲1萬年1次。洛斯阿拉莫斯國家實驗室天體物理學家克里斯多弗·弗萊爾(Christopher Fryer)說：“這令我感到震驚，那些用中子星融合解釋R進程的人，顯然採用了最高頻率。”

　　當弗萊爾及其同事使用有關中子星融合更高頻率的猜測，以及其能夠產生多少R進程物質時，它們發現中子星融合只能解釋宇宙中觀察到的1%R進程元素誕生。如果真實率低於最低點，它們的貢獻還要再減少100倍。弗萊爾說：“越來越多的人開始支持‘R進程元素還有其他源頭’的猜測。”

　　在這個過程中，超新星爆炸理論再次受到關注。如果超新星1%核塌陷不同於標準模擬預測，它們也可能在“巧克力芯”模式中產生相當多的R進程元素。英國基爾大學天體物理學家西村伸也(Nobuya Nishimura)認爲，觀察到超新星爆炸的一種方法是，如果恆星發生大爆炸，會噴射出磁動力射流而非中微子。這將創造富含中子物質的快速爆炸，允許種子核成長爲至少某些R進程元素。弗萊爾說：“你無須舉辦茶話會，它可能只停留100毫秒。”

　　許多天文學家認爲，這個答案最終會成爲某種妥協，這種轉變可能已經發生。弗雷貝爾說：“R進程現在不再是真的R進程了。”或許，它可以被分爲兩部分，不夠牢固的R進程元素可能來自超新星爆炸，而重元素則來自中子星碰撞。但依然有“黑馬”潛伏着，即中子星融合和黑洞。雙中子星依然可能像以前那樣噴出物質，但這些事件發生的頻率過於模糊。詹卡說：“或許它們纔是產生R進程元素的主導力量，只是我們不知道。我們還需要更多數據。”

　　這樣的數據正在出現。中子星融合的最後幾圈軌道或中子星與黑洞融合會對時空產生巨大影響，引力波會噴薄而出。激光干涉引力波天文臺(LIGO)已經成功“聽到”黑洞融合漸強的聲音，我們正接近一個靈敏度，應該可以開始抓取遙遠星系中子星融合的信息。時間越長，這些事件似乎發生的越少。當LIGO達到全設計靈敏度時，可能意味着中子星融合模型就會被淘汰。阿姆斯特丹大學天體物理學家塞爾瑪·明克(Selma de Mink)說：“如果他們還沒有發現任何東西，瑞茲和梅茨格等人的理論將再次成爲焦點。”

　　儘管如此，科學家們的夢想是超越R進程事件的猜測，看到真正的行動，2個團隊都已經在這樣做。2013年，Swift衛星發現短伽馬射線爆發，這種事件也可歸因於中子星碰撞。其他天文望遠鏡則在觀察後果。在模擬中，名爲kilonova的觀察信號可跟蹤中子星融合事件。放射性核通過R進程傳播和發光，促使整個星系在最終暗淡下去1周前亮度大增。這些元素都不透明，只有紅光可以穿出。2013年的事件符合兩項預測，但迄今爲止難以完全解釋清楚。梅茨格說：“儘管它不引人注目，但充滿了暗示。”

　　許多發現這起事件的天文學家現在都已經加入相關團隊，希望找到更近、更確切的kilonova信號。這意味着需要迅速捕捉LIGO發現的中子星融合信號，並利用傳統望遠鏡迅速在空中找到信號源，或利用即將發射的詹姆斯-韋伯太空望遠鏡測量光譜。爲此，我們可能看到新生的R進程元素雲，或從它們缺席中推斷出某些東西。伽馬射線爆發已經對我們進行了良好訓練，這絕對像一場比賽，就看你的反應到底有多快!