Περίπου τα μισά από τα χημικά στοιχεία που είναι βαρύτερα από τον σίδηρο σχηματίζονται σε μερικές από τις πιο βίαιες εκρήξεις στο σύμπαν. Καθώς σχηματίζονται νέα άστρα από την επαναλαμβανόμενη ανακύκλωση παλιών αερίων και σκόνης, κάποια στιγμή μέρος απ' αυτά τα βαριά χημικά στοιχεία καταλήγουν στη Γη και σε άλλους πλανήτες. Οπως το ιώδιο, που είναι κρίσιμο συστατικό ορμονών οι οποίες ρυθμίζουν τον ανθρώπινο μεταβολισμό, ή το γάλλιο, που χρησιμοποιείται στα ολοκληρωμένα κυκλώματα των κινητών τηλεφώνων και στις οθόνες των υπολογιστών, και φυσικά ο χρυσός, στοιχείο χρήσιμο για τη χημική του αδράνεια, την ανακλαστικότητα του υπέρυθρου φωτός που οδήγησε στη χρήση του στο διαστημικό τηλεσκόπιο «Γουέμπ» και φυσικά την κοσμηματοποιία. Οι επιστήμονες εδώ και καιρό είχαν μια βασική ιδέα για τον τρόπο που σχηματίστηκαν αυτά τα στοιχεία, αλλά οι λεπτομέρειες της διαδικασίας ήταν ασαφείς και οι σχετικές θεωρίες αμφισβητήσιμες. Αυτό άλλαξε πρόσφατα, όταν για πρώτη φορά οι αστρονόμοι μπόρεσαν να παρατηρήσουν ζωντανά τη σύνθεση βαρέων στοιχείων. Η διαδικασία έχει κάπως έτσι:

Πριν από πολύ καιρό, ένα άστρο δέκα φορές πιο μεγάλο από τον Ηλιο «πέθανε» σε μια φαντασμαγορική έκρηξη, γεννώντας ένα από τα πιο παράξενα σώματα στο σύμπαν: Εναν αστέρα νετρονίων. Αυτό το νεογέννητο άστρο ήταν το απομεινάρι του αστρικού πυρήνα που συμπιέστηκε σε ακραία πυκνότητα, στην οποία η ύλη παίρνει μορφές που δεν καταλαβαίνουμε πλήρως. Ο αστέρας νετρονίων θα είχε απομείνει να ψύχεται για πάντα στα βάθη του Διαστήματος και εκεί θα τελείωνε η ιστορία του. Αλλά τα περισσότερα άστρα με μεγάλη μάζα συνήθως είναι μέλη δυαδικών συστημάτων και το ταίρι τους έχει συνήθως την ίδια κατάληξη, με αποτέλεσμα τον σχηματισμό δύο αστέρων νετρονίων, που περιφέρονται ο ένας γύρω από τον άλλο. Σε έναν «χορό» που συνεχίστηκε για πάρα πολύ καιρό, τα άστρα όλο και πλησίαζαν το ένα το άλλο, στην αρχή αργά και μετά όλο και πιο γρήγορα. Καθώς πλησίαζαν, παλιρροϊκές δυνάμεις άρχισαν να τα κομματιάζουν, εκτοξεύοντας πλούσια σε νετρόνια ύλη στο Διάστημα, με ταχύτητες που πλησιάζουν το ένα τρίτο της ταχύτητας του φωτός. Τελικά τα δύο άστρα συνενώθηκαν, στέλνοντας κυματισμούς στον χωροχρόνο και πυροδοτώντας κοσμικά «πυροτεχνήματα» σε όλη την έκταση του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος.

Τη στιγμή της σύγκρουσης, ο πλανήτης μας σε μια ήσυχη μεριά του Γαλαξία, περίπου 130 εκατομμύρια έτη φωτός μακριά, ήταν ακόμη ο πλανήτης των δεινοσαύρων. Οι αναταράξεις του χωροχρόνου, που αποκαλούνται βαρυτικά κύματα, διέτρεξαν όλη την απόσταση και όταν έφτασαν στη Γη, η ζωή στον πλανήτη είχε αλλάξει εντελώς. Νέα είδη είχαν εμφανιστεί και εξαφανιστεί, πολιτισμοί είχαν αναπτυχθεί και καταπέσει και οι πάντα περίεργοι άνθρωποι άρχισαν να κοιτάζουν στον ουρανό, αναπτύσσοντας όργανα που μπορούν να κάνουν απίστευτα πράγματα, όπως να μετρούν τις ελάχιστες παραμορφώσεις του χωροχρόνου (τα όργανα LIGO και Virgo). Τελικά, τα βαρυτικά κύματα (ταξιδεύοντας με την ταχύτητα του φωτός) και το φως από τη συνένωση των αστέρων νετρονίων έφτασαν στη Γη ταυτόχρονα, το φθινόπωρο του 2017. Οι αστροφυσικοί αναγνώρισαν μια διακριτή λάμψη, που έδειξε την παρουσία νέων στοιχείων. Η ανθρωπότητα μόλις είχε γίνει μάρτυρας της παραγωγής βαρέων χημικών στοιχείων!

Τα χημικά στοιχεία με ατομικό αριθμό μέχρι εκείνον του σιδήρου (26) μπορούν να σχηματιστούν με αρκετά κατανοητές διαδικασίες μέσω πυρηνικών αντιδράσεων στα βάθη των άστρων. Από την άλλη μεριά, τα πολύ βαριά χημικά στοιχεία δεν υπάρχουν στη φύση καθόλου και σχηματίζονται από τους φυσικούς μέσα σε επιταχυντές σωματιδίων, έχοντας χρόνο ζωής μόλις μερικά εκατομμυριοστά ή χιλιοστά του δευτερολέπτου, πριν διασπαστούν αυθόρμητα σε πυρήνες ελαφρότερων χημικών στοιχείων. Τα υπόλοιπα χημικά στοιχεία, δηλαδή περίπου τα μισά απ' όσα έχουν ατομικό αριθμό μεγαλύτερο του σιδήρου, οι επιστήμονες θεωρούσαν ότι σχηματίζονται με τη διαδικασία της ραγδαίας σύλληψης νετρονίων (βλ. επεξηγηματικό διάγραμμα).

Τόσο η αργή όσο και η ταχεία σύλληψη νετρονίων μεταβάλλει καταρχάς τον αριθμό των νετρονίων στον πυρήνα του ατόμου που τα προσλαμβάνει. Αλλά αυτό μετατρέπει το άτομο απλώς σε άλλο ισότοπο, δηλαδή βαρύτερη εκδοχή του ίδιου είδους ατόμου, καθώς τα χημικά στοιχεία καθορίζονται μόνο από τον ατομικό αριθμό, δηλαδή τον αριθμό των πρωτονίων στον πυρήνα τους. Το ισότοπο αυτό είναι συνήθως ασταθές και ραδιενεργό. Μέσω μιας διαδικασίας που λέγεται διάσπαση βήτα, το νετρόνιο μπορεί να μετατραπεί σε πρωτόνιο εκπέμποντας ένα ηλεκτρόνιο και ένα νετρίνο. Τότε το άτομο μεταμορφώνεται σε άτομο άλλου χημικού στοιχείου.

Η διαφορά ανάμεσα στην αργή και στην ταχεία σύλληψη νετρονίων είναι ότι στην πρώτη περίπτωση υπάρχει αρκετός χρόνος ώστε να γίνει η διάσπαση βήτα, δημιουργώντας το επόμενο χημικό στοιχείο στον περιοδικό πίνακα των στοιχείων. Στις συνθήκες μέσα στα άστρα δεν υπάρχει τόσο πλεόνασμα νετρονίων και η επόμενη σύλληψη νετρονίου μπορεί να χρειαστεί χιλιάδες χρόνια. Γι' αυτό η παραγωγή νέων στοιχείων γίνεται πολύ αργά. Αντίθετα, στη ραγδαία σύλληψη νετρονίων μπορεί να σχηματιστεί ολόκληρη η γκάμα των βαρέων στοιχείων (πλην των τεχνητών) μέσα σε μόλις ένα δευτερόλεπτο. Η πληθώρα των διαθέσιμων νετρονίων συλλαμβάνεται από τους πυρήνες όχι διαδοχικά αλλά πολλά μαζί. Οταν ο πυρήνας περάσει ένα φυσικό όριο διόγκωσης από τα νετρόνια, τότε πολλά από τα νετρόνιά του μετατρέπονται σε πρωτόνια, μέσω της διάσπασης βήτα, ή διασπάται σε μικρότερους πυρήνες, παράγοντας τελικά ένα φάσμα σταθερών βαρέων στοιχείων. Αν και η σύγκρουση αστέρων νετρονίων δεν είναι η μόνη φυσική διαδικασία που μπορεί να οδηγήσει σε ραγδαία σύλληψη νετρονίων, τώρα πια ξέρουμε ότι είναι ένας από τους τρόπους που σχηματίζονται δεκάδες βαριά χημικά στοιχεία.