Термоядерный синтез внутри звезд не может привести к рождению элементов, стоящих в периодической таблице после железа. Ядра меди, золота или урана слишком массивны, и их синтез приводит не к выделению, а к поглощению энергии, поэтому они могут появиться лишь в ходе различных катастрофических процессов, когда энергии слишком много.

Долгое время астрофизики считали, что тяжелые элементы в составе Земли появились в результате вспышек сверхновых. Во время вспышки возникает очень мощный поток нейтронов, и в нем возможны даже реакции, которые внутри обычных звезд протекать не будут. Ученые называют это r-процессом.

В новом исследовании ученые из Канады и США смоделировали коллапс звезд, исчерпавших запасы легких атомных ядер, и пришли к выводу, что такое катастрофическое событие (один из типов сверхновых) сопровождается синтезом тяжелых элементов в гораздо большем количестве, чем было принято думать. Предыдущие данные, полученные астрономами в ходе различных наблюдений (включая регистрацию гравитационных волн), свидетельствовали, что главным источником всех элементов после железа должны быть килоновые, вспышки от слияния нейтронных звезд, подобные GW170817, недавно зарегистрированному при помощи гравитационных волн событию. Но теперь астрофизики утверждают, что коллапсары, проваливающиеся в новорожденную черную дыру остатки звезд, оказались намного продуктивнее.

Число в цитате «более 80 процентов всех тяжелых элементов Вселенной» выглядит особенно эффектно с учетом того, что коллапсары встречаются заметно реже. Это одна из разновидностей вспышки сверхновых, причем звезда изначально должна иметь очень высокую массу — в 30 раз больше массы Солнца или еще тяжелее. Подобные сверхмассивные звезды, звезды Вольфа — Райе, весьма редки, а их жизненный цикл короток: чем больше масса, тем выше температура и давление в центре и тем интенсивнее термоядерные реакции, пережигающие легкие элементы в более тяжелые. Если красным карликам водорода и гелия хватает больше чем на десять миллиардов лет, то вот звезды Вольфа — Райе живут очень недолго — в пределах нескольких миллионов лет. А потоки частиц и излучения с поверхности столь велики, что вокруг еще активной звезды Вольфа — Райе формируются ударные волны в межзвездных облаках газа.