北京
你手机里的黄金、骨头里的钙，追根溯源都产自恒星。但有一种元素，让天文学家头疼了几十年——锶。它能让烟花烧出亮红色，也用在夜光涂料里。问题出在：在那些宇宙诞生后不久就形成的古老恒星里，锶的含量总是比理论模型算出来的多得多。最近，一篇发表在《自然·通讯·物理》上的论文，由密歇根州立大学研究生Caley M. Harris领衔的一大批研究者，给出了一个答案。而为了找到这个答案，他们做了一场相当精巧的实验室操作。
先搞懂一件事：宇宙怎么"炼"元素
几十年来，天体物理学家相信，制造"金属"——这里指的是任何比氦重的元素——有两条路。一条是慢速的"s过程"，发生在垂死恒星内部；另一条是快速的"r过程"，发生在超新星这类爆炸事件中。
但科学家回头去看那些更古老的恒星时，情况有点不对劲。特别是被称为"碳增丰贫金属星"（CEMP星）的那一批——它们形成于宇宙诞生后不久——其中一些较重元素的比值，跟上面两条路都对不上。
于是研究者提出了第三条路：中间中子俘获过程，简称"i过程"。用它来解释这批恒星的元素比值，吻合度好得多。只有一样东西例外。
那个对不上账的元素：锶
在实际观测中，锶出现的频率远高于模拟结果。论文指出，这里有一个具体的"嫌疑人"——天文学家不知道氪-88的中子俘获率是多少。
听起来像是跑题了，但这两件事直接相关。氪-88是一种强放射性元素，半衰期只有2.8小时。在它存在的这段时间里，可以走两条路：要么吸收一个中子，变成氪-89，最终衰变成钇-89这样的更重元素；要么不吸收中子，发生β衰变变成铷-88，然后迅速衰变成——你猜对了——锶-88。
问题就在于，科学家完全不知道氪-88吸收中子的效率有多高。他们在模型里只能靠猜。而从观测证据看，这个猜测显然是错的。
这就引出了下一个难题：一个半衰期只有几个小时的元素，你怎么去测它的中子吸收率？
不测氪-88，改测一个只活4秒的家伙
理论上，你可以收集一堆氪-88，拿中子去轰它，看会发生什么。但研究团队想出了一个更优雅的办法。
他们转向了阿贡国家实验室的加州锎稀有同位素增殖升级装置。他们没有把中子束打向氪-88，而是打向了溴-89——它的半衰期是4.357秒，你大概也没猜到。
诀窍在于：溴-89会衰变成氪-89。研究这个原子核，就能反推它那个稍轻一点的同位素兄弟有什么本事。
他们把测试样品放进一台高度专业化的仪器里，叫做Summing NaI（SuN）探测器。这台探测器盯着新形成的氪-89冷却时放出的伽马射线，从中提取出两个非常具体的数值——核能级密度和伽马射线强度函数。拿到这两个数，研究者就能用数学方法直接反推出氪-88的中子俘获率。
把新数值塞进模型，锶对上了
把这个新测出的实验值代入用于计算CEMP星同位素比值的模型后，结果几乎完美吻合，锶的含量显著提高。事实上，锶与钇的比值——钇是这条核合成链上另一个长寿命产物——也几乎完美地对上了。
就这样，地球上的一束 fancy 同位素束流和一台探测器，解决了一个困扰天文学家几十年的谜题。这种跨领域的合作不是每天都有，但当它发生、并且像这次一样顺利时，确实值得一看。也许，在这个案例里，研究团队可以用一场红色的烟花来庆祝一下。
这件事为什么值得你多看一眼
你可能会想，锶多一点少一点，跟我有什么关系？关系在于，我们身体里的每一个重元素，都经历过类似的核合成链条。搞清楚锶在古老恒星里是怎么来的，本质上是在搞清楚宇宙这台"元素工厂"的配方表。
而这次的方法本身也很有意思：不去直接测量那个测不了的东西，而是找一个能测的"替身"，通过它反推出目标值。这种思路在核物理和天体物理的交叉地带，正在变成一种常规操作。
至于氪-88的中子俘获率到底是多少，论文给出了具体数值。但更重要的是，它让一个悬了几十年的观测异常，终于有了一个能对得上账的解释。
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