物质是由原子构成的，但是原子从何而来？乍一看，制造一个原子似乎并不难，我们需要的只是一些用于原子核的中子和质子，以及围绕原子核运转的电子。一旦我们有带正电的原子核，它就会吸引电子形成电子壳。但是制造原子核并不容易，问题是质子都带正电并且互相排斥。为了让它们紧紧粘在一起，我们需要让它们接近到强力的作用范围，不过这个过程需要高至上亿的温度。
如此高的温度存在于早期宇宙中。然而，当时宇宙各处的物质密度都非常高，它是一种几乎没有结构的亚原子粒子汤，在这汤里没有原子核，只是组成原子核成分的混合物。只有当它继续膨胀并冷却时，其中一些粒子才有可能粘在一起创造出原子核，然后可以捕获电子来制造原子。在这期间我们可以得到氢、氦和其它一些化学元素。
顺便说一下，制造原子核的过程称为“核合成”，而在大爆炸后几分钟发生的这部分核合成被称为“大爆炸核合成”。但是大爆炸后的膨胀发生得如此之快，以至于只有最轻的原子核才能在这个过程中合成。宇宙继续膨胀，但轻核在引力的作用下聚集起来，形成了第一批恒星。在这些恒星中，引力的收缩作用使它们温度再次升高，足以使这些轻原子核再次相遇，并融合成更重的原子核。这种核聚变会产生能量，这也是恒星发光发热的原因。
恒星中的核聚变可以持续到原子序数为26的铁，随后就会停止核聚变。因为在这之前的聚变是释放能量的，而铁核聚变是要吸收能量的。但是，那些比铁重的元素是从哪里来的呢？它们来自于一个叫做“中子捕获”的过程。
一些聚变过程会产生自由中子，而中子由于没有电荷，它们会比质子更容易进入原子核。一旦它们进入原子核，它们就有可能会β衰变成一个质子、一个电子和一个电子反中微子。如果这个过程发生了，就创造了一个更重的元素。许多如此创建的原子核将是不稳定的同位素，但它们会不断地吐出零碎的东西，直到它们达到稳定的构型。
中子捕获偶尔会发生在恒星中，因此随着时间的推移，老恒星会孕育出一些比铁更重的元素。然而老恒星中的中子捕获速度很慢，而且恒星的寿命都是有限的，因此这个过程并不能产生我们所观察到的足够多的重元素。为此，我们需要另一个“快速中子捕获”的过程，它需要一个非常高压的极端环境，其中包含大量轰击原子核的中子。同样，一个中子进入原子核，产生β衰变后留下一个质子，变成更重的元素。
长期以来，天体物理学家认为快速中子捕获发生在超新星中。但计算结果并不理想，他们表明超新星不会足够快地产生足够数量的中子。观测结果也不支持这个想法，例如在矮星系中观测到的重元素如果都是超新星产生的，那么这将需要如此多的超新星，以至于会将这个矮星系炸开。因此，天体物理学家现在认为，重元素可能是在中子星合并中产生的。
中子星超新星爆发后留下的致密内核，顾名思义，它包含了大量的中子。它实际上并不包含原子核，只是一大团超致密的核等离子体。如果它们发生碰撞，碰撞会产生大量的原子核，并为快速捕获中子创造条件。这可以创造我们在地球上发现的自然形成的所有重元素。最近对中子星碰撞发出的光的分析支持了这一假设，因为光包含了重元素存在的证据。
