طلای موجود در زمین از کجا آمده است؟
عناصر شیمیایی موجود در جهان چگونه تولید شده‌اند؟ و عناصر سنگینی مانند طلا و اورانیوم از کجا آمده‌اند؟ دانشمندان آلمانی با همکاری دانشمندانی از بلژیک و ژاپن با استفاده از شبیه‌سازی‌های کامپیوتری نشان داده‌اند که تولید عناصر سنگین در سیاه‌چاله‌های خاص کاملاً عادی است.
همه‌ی عناصر سنگینی که امروزه بر روی زمین وجود دارند، تحت شرایط وخیم و در محیط‌هایی مانند درون ستاره‌ها، انفجارهای ستاره‌ای و برخورد ستاره‌های نوترونی تشکیل شده‌اند. دانشمندان تلاش کرده‌اند دریابند که در کدام یک از این رویدادهای اخترفیزیکی شرایط مناسب برای تشکیل سنگین‌ترین عناصر مانند طلا و اورانیوم وجود داشته است. رصدهای اولیه‌ای که در سال ۲۰۱۷ از امواج گرانشی و تشعشعات الکترومغناطیسی ناشی از برخورد ستاره‌های نوترونی انجام شد، نشان می‌داد که اکثر عناصر سنگین می‌توانند در شرایط وقوع چنین رویدادی تشکیل شوند. با این حال، هنوز این پرسش باقی ماند که نحوه‌ی تشکیل عناصر سنگین چگونه است و آیا رویداد دیگری نیز وجود دارد که بتواند منجر به تشکیل عناصر سنگین شود؟
یکی از شرایطی که می‌تواند باعث تولید عناصر سنگین شود، سیاه‌چاله‌ای است که توسط یک دیسک برافزایشی حاوی مواد داغ و چگال احاطه شده است. چنین سیستمی هم می‌تواند در اثر برخورد و نابودی دو ستاره‌ی نوترونی ایجاد شود و هم می‌تواند در اثر متلاشی شدن و در نتیجه انفجار یک ستاره‌ی در حال دوران شکل بگیرد.
ترکیبات درونی دیسک برافزایشی در حال دوران اطراف سیاه‌چاله، ناشناخته هستند. برای شکل‌گیری عناصر سنگین به تعداد زیادی نوترون اضافی نیاز است. زمانی که نوترون در یک محیط به وفور وجود داشته باشد، فرآیند جذب نوترون راحت‌تر صورت می‌گیرد و عناصر سنگین بیشتری تولید می‌شوند. شرایط نواحی درونی دیسک برافزایشی اطراف سیاه‌چاله نیز به نحوی است که شکل‌گیری نوترون اضافی در آنجا آسان است. نوترینوهایی که تقریباً بدون جرم محسوب می‌شوند نیز به علت اثری که در تبدیل نوترون به پروتون و بالعکس دارند در این فرآیند موثر هستند.
دانشمندان در شبیه‌سازی‌های خود نرخ تبدیل نوترون و پروتون به یکدیگر را در شکل‌های متفاوت دیسک‌های برافزایشی محاسبه کرده‌اند. آن‌ها دریافته‌اند که دیسک در شرایط خاص مملو از نوترون اضافی می‌شوند. یکی از عواملی که در ایجاد شرایط مناسب نوترون‌زایی اثر دارد، جرم دیسک است. هر چقدر جرم دیسک بیشتر باشد، تعداد نوترون‌های اضافی نیز بیشتر خواهد بود.
با این حال در دیسک‌هایی که بسیار بزرگ هستند، وجود نوتروینوهای بیش از حد باعث معکوس کردن فرآیند تبدیل پروتون به نوترون می‌شود و تشکیل عناصر سنگین مشکل می‌گردد. بنابراین جرم بهینه‌ای از دیسک‌های برافزایشی که باعث تشکیل شدن بیشترین تعداد نوترون می‌شود، توسط دانشمندان تخمین زده شده است. این جرم بهینه حدود ۰.۰۱ تا ۰.۱ جرم خورشید است.
نتایج شبیه‌سازی‌های انجام شده با دقت بالایی اثبات می‌کند که برخورد ستاره‌های نوترونی با یکدیگر باعث تشکیل دیسک‌های برافزایشی با جرم مناسب برای تشکیل عناصر سنگین می‌شود.
