#astro-ph# 工作状态再创新低，赶紧看看论文缓缓：http://t.cn/A6Xx0xlZ 很喜欢这篇文章。一作Ian Roederer是Michigan大学教授。

先不提文章，请允许我先来介绍一下作者。我在Carnegie做毕业论文工作时，Ian在那做博后。也是从Ian那，我第一次知道了有人会把牛油果和香蕉夹在面包里做三明治，也是从他那知道了有一种五个脚趾头分开的跑鞋。但除了是一个能跑马拉松的素食主义者外，Ian更是一个为人非常友善、工作效率奇高的优秀科学家。印象很深的是，有一次我用磕磕绊绊的英语做完报告以后，Ian专门跑过来夸我。不是那种很“美式”的"Well done!"，而是非常耐心地分析我哪里其实讲得很好，让我挺感动的。印象更深的是，Ian自己报告风格非常厉害，语速不快，语调沉稳，但有一种很神奇的魅力，让人非常着迷。

Ian在学术上只做一件事情：在恒星大气里找到元素周期表。但把这件事做到了极致。

用术语说：利用恒星光谱中的吸收线来提取恒星元素丰度信息，研究恒星和星系的化学演化和宇宙元素核合成。但你只需要知道，Ian是一位“恒星考古学家”。

这篇文章关注的是元素核合成理论中一类叫做“快中子过程” (r-process) 的元素：这些原子数Z大于30的“重金属”主要的形成渠道不是恒星内部的核合成，而是某些恒星死亡过程中极端环境中才能发生的快速中子俘获过程。最近引力波天文学的进展让很多人知道了r-过程：可能不少人都听过那个“双中子星并合产生了大量的金、银、铂元素”的科普。然而，这个结论还不确切：双中子星并合的“千新星”产生的高速膨胀的气体 (可以达到10-20%的光速) 让从中分辨这些元素的光谱特征变得极其困难 (目前有光谱确认的r-过程元素仅有锶)。

“r-过程都形成了哪些元素？各自形成了多少？” 这个重要的问题，目前还没有完美的回答。

而回答这个问题，就是Ian的使命。14年前，Ian的第一篇论文的标题是：“贫金属恒星中铕，钐，钕元素同位素的比例”。这三个元素都是r-过程元素。14年后，这篇工作应该是Ian的第37篇第一作者文章，依然是关于贫金属恒星中的r-过程元素的。

这个问题真的很难回答。宇宙中的r-过程重元素比例实在太低了。在类似太阳这样整体金属丰度较高的恒星中，r-过程元素微弱谱线的特征往往被含量更高的金属所掩盖，因而必须在贫金属的恒星中才能详细研究。除此之外，还有一类慢中子过程 (s-process) 的干扰也要排除。在观测上，往往还需要使用空间紫外的高分辨光谱才能进行 (目前只有HST才可以，JWST也没有这个能力)；研究对恒星演化理论模型，甚至是原子物理进展的需求也很高。。。总之，非常难。

天体物理由恒星光谱的研究开始，100多年后，我们依然在为理解恒星的光谱挣扎。

而这篇文章中，Ian所领导的这个“R-过程联盟”的工作，也许会让我们少挣扎一些：他们找到了一颗叫做HD 222925的银晕贫金属矮星。这颗不知名的恒星几乎是银河系量身为Ian定做的：前面提到，R-过程增丰主要来自恒星死亡的爆发事件，所以贫金属恒星中的R-过程元素丰度的规律对有几次这种爆发性的增丰事件很敏感。而增丰的事件越多，堆叠的历史就越复杂，就越难解读。而HD 222925，似乎只经历过一次增丰事件。

银晕中数十亿颗恒星中，Ian找到了那个他需要的最纯净的样本。

从2018年开始，Ian和合作者就在研究着这颗恒星。而这篇文章展现的是目前全人类唯一有高分辨紫外光谱观测能力的HST上的STIS设备对HD 222925的超高分辨率观测。

如图二，三中展示的，STIS观测到了无数这样恒星大气中微弱的谱线特征。很多人爱说“光谱是恒星的指纹”，不对，“光谱是恒星的DNA序列”。

利用这些光谱中404条独特的谱线，Ian和合作者在这一颗恒星的大气中前所未有地探测到了63种元素！(还有七种元素的上限)。这其中更是包含了42种原子数在31到90之间的重元素，包括了极少、极难在恒星中看到的镓、锗、砷、锡、镉。。。等等等等。

图四这张特殊的元素周期表上面的颜色就展示了HD 222925这一颗恒星的贡献；图五则是一张对我非常有教育意义的图：它告诉了我们恒星光谱中的哪个部分对哪些元素敏感，像一张索引表。

图六是论文的核心：红色的线是太阳中的r-过程元素丰度的测量，蓝色的线是s-过程的；而黑色的符号就是HD 22295这颗恒星里的测量：可以看到，在从钡到铅的重元素范围内，这些完全被r-过程主导的元素的丰度规律和太阳符合得非常好；而在较轻的元素上，如从镓到硒，从铌到镉，从铟到碲范围内的元素里，则出现了比较大的偏差。这其中镓、锗、砷这样元素中来自r-过程的贡献不多，而硒更是到了r-过程能产生贡献的边界。对这些元素，基于太阳光谱的研究不能提供一个非常精确的r-过程元素合成规律。这也是为什么Ian希望天文学家们以后在和理论模型进行对比的时候都使用他们的观测提供的更新的模板。

简言之：借由一颗“天选之星”，通过世上唯一的仪器，以及无数的辛苦，Ian在一颗恒星里以前所未有的精度测量了大半个元素周期表中的元素含量，更是几乎研究了其中来自上古某个神秘的恒星爆发事件的快中子过程元素，带给了恒星考古学一段最新的密码表。

这篇文章有40页，其中后20页全是附录，一共43个，详细讨论了每种元素的探测。确实非常符合Ian的风格。