黄金、铂金和铀等重元素的宇宙起源问题，困扰天体物理与核物理界数十年。德国达姆施塔特工业大学研究团队在《物理评论快报》（Physical Review Letters）上发布的最新成果，首次将现代第一原理（ab initio）原子核计算方法应用于快速中子捕获过程（r-process）核合成模拟，显著提升了对重元素起源的预测精度。
宇宙中约半数比铁更重的元素经由r过程产生。该过程发生于极端天体环境——如两颗中子星碰撞合并时，原子核以极快速度捕获中子，逐步生成越来越重的元素。然而，r过程涉及的大量原子核极度富含中子、衰变极快，绝大多数无法在地球实验室中制造与测量。即便在GSI/FAIR等大型加速器设施中，许多关键同位素依然难以触及。
研究团队首次采用基于第一原理计算的核质量数据——与传统依赖经验参数外推的核模型不同，该方法直接建立在质子与中子间的基本相互作用（核力）之上，并能系统量化理论不确定性。团队成员宫城宇志（Takayuki Miyagi）与许温克（Achim Schwenk）运用价空间介质内相似性重整化群（VS-IMSRG）方法，精确计算了中子魔数N=82附近区域70个代表性原子核的物理性质——该区域是形成r过程“第二丰度峰”的核心。
新计算出的核质量对r过程的物质流动产生比预期更强的“减速效应”。物质在核素图特定区域的滞留时间延长，金、铂等更重元素的合成进度被延缓。研究第一作者库斯克（Jan Kuske）指出：“即便核质量只出现微小变化，也足以显著改变我们对宇宙重元素丰度的预测”。模拟预测第二丰度峰将比旧模型更加显著，第三丰度峰位置发生偏移。
达姆施塔特工业大学理论天体物理教授阿尔科内斯（Almudena Arcones）表示，将最新实验数据与最先进理论模型相结合，是突破富中子核种研究瓶颈的最佳途径。研究团队强调，即便下一代大型加速器陆续启用，许多r过程相关极端富中子核种仍难以在实验室中生成，高精度理论模型将扮演不可或缺的角色。这项研究证明，第一原理核结构计算已进入可直接应用于天体物理模拟的成熟阶段。
