在元素合成的宏大叙事中，中子俘获过程（s过程与r过程）长期占据着主角位置，它们解释了元素周期表中大部分比铁更重的核素起源。然而，有一类核素始终游离于这套主流框架之外：它们富含质子、中子数偏少，无法由中子俘获直接生成。这类被称为“p核”的稀缺核素，其合成机制被统称为p过程。尽管p过程在太阳系丰度中占比极微，平均仅约为s过程或r过程产物的百分之一量级，但它却是理解极端天体物理环境——尤其是超新星爆发——不可或缺的一环。近年来，随着前太阳系石墨颗粒中锶-84异常富集的发现，p过程的天体物理址点终于获得了首个直接的观测证据。
p过程的物理本质：并非“质子俘获”那么简单
p过程这一名称带有历史性的误导。1957年B²FH理论提出时，学者们观察到某些富质子稳定核素（如钼-92、钌-96等）无法由s过程或r过程产生，推测存在一种质子俘获机制，遂以“p过程”命名。后续研究揭示，其核心机制实为光致蜕变，即γ过程。在超新星爆发产生的高温环境中（温度可达20亿至30亿开尔文），高能光子将已有的s核或r核作为“种子”，通过（γ，n）、（γ，p）或（γ，α）反应敲出中子、质子或α粒子，从而将中子丰度偏高的种子核改造为丰质子核素。这一机制解释了为何p核的丰度如此之低：它们是既有核素在极端条件下被“修剪”后的残余产物，而非从轻核开始逐步构建的结果。
目前已知的p核约有35种，分布于硒-74至汞-196之间。它们的共同特征是位于β稳定谷的质子富集侧，且同位素丰度远低于相邻的s核或r核。
天体物理址点之争：核心坍缩超新星与Ia型超新星
p过程的发生需要极高的温度和充足的光子通量，这将其发生场所限定于恒星演化的终结阶段。主流候选址点有两个：大质量恒星的核心坍缩超新星（CCSNe）与钱德拉塞卡质量白矮星的热核爆炸（Ia型超新星）。两者均能在爆发过程中产生足以驱动光致蜕变的物理条件，但各自贡献的份额长期悬而未决。
核心坍缩超新星的氧氖层被认为具备理想的p过程条件。理论模型显示，在13至25倍太阳质量的 progenitor 中，γ过程可以高效运作。然而，一个棘手的问题在于：γ过程是次级过程，其效率高度依赖于种子核的初始丰度。在低于太阳金属丰度的环境中，种子核稀缺，核心坍缩超新星的p核产量会显著下降。化学演化模型的计算表明，若仅考虑核心坍缩超新星的贡献，太阳系p核丰度中仅有不到10%能够得到解释（个别核素除外）。这意味着Ia型超新星可能扮演了更为重要的角色，但后者的p过程产量同样存在模型依赖的不确定性。
这一僵局的打破，依赖于能够直接追溯单个恒星来源的实物证据。前太阳系颗粒正是这样的“时间胶囊”。
前太阳系颗粒中的锶-84：首个观测证据
前太阳系颗粒是存在于原始陨石中的微小尘埃，它们在太阳系形成之前就在母恒星的向外流出物中凝结，因而保留了母恒星的同位素指纹。2025年发表于《天体物理学报快报》的一项研究，对默奇森陨石中高密度石墨颗粒进行了高精度同位素分析，发现五个颗粒的子颗粒中存在显著的锶-84富集。
锶-84是p过程的典型产物，无法由低质量渐近巨星支（AGB）星——大多数高密度前太阳系石墨的来源——产生。观测到的锶-84 excess 只能指向核心坍缩超新星：在超新星内部，p过程合成的锶-84富集物质从富氧的内层混合到了外层富碳区域，随后在冷却过程中与碳质材料一同凝结进入石墨子颗粒。这是首次在前太阳系颗粒中确认核心坍缩超新星来源的p过程核素，为“核心坍缩超新星确实产生并抛射p过程同位素”这一论断提供了直接的实验室证据。
值得注意的是，该发现并未终结关于p过程主导址点的争论。它证实了核心坍缩超新星是一条有效的p核来源通道，但并未排除Ia型超新星的贡献。太阳系p核丰度的完整图景，可能仍需两种址点以某种比例共同拼合。
未解之谜与未来方向
p过程的研究仍面临若干深层挑战。其一，关键核反应的反应率尚缺乏实验数据，尤其是光致蜕变截面，目前主要依赖Hauser-Feshbach理论模型计算，系统误差难以评估。其二，νp过程——中微子驱动风中发生的质子俘获过程——被认为可能对某些轻p核（如钼-92、钌-96）的合成有额外贡献，但其在超新星中的实际效率仍存争议。其三，前太阳系颗粒中确认的p过程载体仍然稀少，扩大样本搜寻将有助于约束不同质量 progenitor 的产量。
从B²FH时代的一个补充性假设，到如今拥有实验室证据支撑的核合成过程，p过程的认知演进折射出核天体物理学的典型路径：理论预言先行，极端天体环境的物理条件逐步厘清，最终由微米尺度的古老尘埃给出判决性证据。那些在超新星瞬间的炽热中被打磨出的丰质子核素，虽含量微末，却承载着恒星死亡时刻最深处物理条件的密码。
相关问题与回答
问1：p过程产生的核素为什么丰度这么低？
答：因为p过程是以已有的s核和r核作为“种子”进行光致蜕变的次级过程。种子核本身在太阳系中的丰度就不占主导，光致蜕变又只能在一瞬间的高温窗口中作用于其中一小部分种子核，因此p核的最终产量必然远低于s核和r核，平均仅为其百分之一左右。
问2：p过程和rp过程是同一回事吗？
答：不是。rp过程（快质子俘获过程）发生在X射线暴等环境中，通过快速的质子俘获序列从较轻的种子核构建更重的核素，质子俘获是真正的驱动机制。p过程（经典p过程）的核心是光致蜕变，通过高能光子敲出种子核中的粒子来改变中子-质子比。两者在物理机制、发生环境和产物分布上均有本质区别。
问3：为什么说锶-84的发现如此重要？
答：在此之前，p过程的天体物理址点只能通过理论模型和陨石整体同位素异常间接推断，缺乏来自单个恒星来源的实物证据。前太阳系石墨颗粒中的锶-84富集直接记录了某颗核心坍缩超新星内部p过程合成的产物，首次以实验室可验证的方式确认了核心坍缩超新星确实是p核的产出场所之一。
问4：Ia型超新星在p过程中扮演什么角色？
答：Ia型超新星的富氧/氖层同样具备γ过程所需的高温条件，理论模型长期认为它对太阳系p核丰度有重要甚至主导性贡献。化学演化计算显示，单靠核心坍缩超新星难以完全解释太阳系p核的 inventory，Ia型超新星的补充似乎是必要的。但其具体贡献比例仍受限于超新星模型和核反应数据的不确定性。
问5：目前已知有多少种p核？
答：约有35种比铁重的稳定或长寿命丰质子核素被归类为p核，分布在硒-74到汞-196的质量范围内。其中一些同时也是s过程或r过程的产物，但锶-84、钼-92、钌-96等核素的p过程起源相对明确。
问6：νp过程与经典p过程有何不同？
答：νp过程发生在核心坍缩超新星的中微子驱动风中，质子丰富且富含中子的环境使质子俘获与中微子相互作用协同作用，可能合成部分轻p核（如钼-92、钌-96）。经典p过程则是光致蜕变主导，发生在超新星壳层的静态高温阶段。两者的天体物理条件和核反应路径不同，νp过程是否能解释太阳系观测仍是一个活跃的研究议题。
问7：为什么p过程的研究需要前太阳系颗粒？
答：恒星光谱无法直接测定p核的 isotopic 丰度，因为p核在元素总丰度中的占比太小，光谱信号被相邻的s核和r核淹没。前太阳系颗粒在微米尺度上保留了母恒星的同位素组成，通过实验室质谱分析可以精确测定单个颗粒中特定同位素的异常，这是目前唯一能够直接验证特定恒星来源p过程产物的手段。
问8：p过程与元素周期表中比铁更重的元素起源有何关系？
答：s过程和r过程合理解释了太阳系中绝大部分比铁重的稳定核素。p过程负责的是剩余的一小部分丰质子核素，它们无法由中子俘获路径抵达。虽然占比微小，但p核的存在和丰度模式为检验超新星模型、约束恒星演化参数提供了独特的诊断工具。缺失p过程的解释，重元素起源的图景就是不完整的。