古⽼恒星中，不同寻常的钙丰度能够直接观测宇宙中的第⼀代恒星，⼀直是天⽂学领域最⼤的任务之⼀。宇宙中的第⼀批恒星也被称为第三星族星或原初恒星，它们是由⼤爆炸留下的原始物质形成的，很可能产⽣于⼤爆炸后的约1亿到2.5亿年。第三星族星⼏乎完全由轻元素氢和氦组成。不过，⼀些更重的元素，已经在⼀颗古⽼恒星的⼤⽓中被检测到了。
这颗恒星的编号为SMSS0313-6708，是迄今为⽌发现的最古⽼的恒星之⼀，距离地球只有6000光年之远。然而，天⽂学家发现，SMSS0313-6708所含的钙元素丰度，似乎超出了我们对这类早期恒星的预期。已提出古⽼恒星中的钙的产⽣机制，⽆法解释观测到的丰度。这让天⽂学家们感到困惑，并开始寻找钙等更重元素的其他形成途径。
在⼀项新的研究中，⼀组中国科学家在⼀个深埋于地底2400多⽶的实验室中，进⾏了⼀项核聚变实验。通过这项实验，他们重现了发⽣在古⽼恒星中的⼀个重要的、能促进钙等重元素产⽣的特殊核反应，为SMSS0313-6708中不同寻常的钙丰度提供了⼀种解释。现在，研究结果已被发表在了《⾃然》杂志上。
我们知道，恒星就是宇宙中的核聚变反应堆，负责产⽣宇宙中⼤多数⽐氦重的元素。
最初，恒星会通过燃烧其核⼼的氢⽓，将其转化为氦来产⽣能量。随着恒星的演化，氦核可以聚变产⽣碳和氧，然后再经过更多的聚变反应产⽣更重的元素。不过，这样的过程与恒星的初始⼤⼩有关。质量约为太阳的8~10倍的恒星，会以爆炸成为“超新星”⽽终结这种反应周期。在爆炸过程中，新产⽣的化学元素会被⾼速喷射到星际空间⾥，在周围区域播撒下可以形成下⼀代恒星的⽓体“种⼦”。
根据天⽂学家的推测，SMSS0313-6708是⼀颗极贫⾦属星，是宇宙⼤爆炸后形成的第⼀代恒星的“直接后代”。
通过模拟发⽣在如SMSS0313-6708这样的恒星核⼼中的核聚变反应，了解它们的反应速率，就有望揭示第⼀代恒星的⼀些主要性质，从⽽帮助我们了解最早的恒星和星系。然而，在天体物理学家们试图重现发⽣在恒星中的核聚变反应时，⾯临的最⼤挑战之⼀就是抵达地球的宇宙辐射的影响。这些辐射会在精密的核物理实验仪器中产⽣不必要的背景噪声，从⽽掩盖了物理学家真正想要寻找的信号。
减少背景噪声的⼀种⽅法就是在地底深处进⾏实验。世界上只有少数⼏个实验室可以进⾏这样的实验，位于中国四川省的锦屏地下实验室（CJUL）就是其中之⼀。它是⼀个被厚达2400⽶的岩层覆盖的地下隧道，是⽬前世界上最深的核天体物理实验室，可以在很⼤程度上隔绝来⾃太空和地⾯的放射性粒⼦的⼲扰，使得背景噪声⾮常微弱。从更早的⼀些研究中，科学家就已经知道氟-19（氟的⼀种同位素）在古⽼恒星的内部扮演着重要⻆⾊。
因此，在这项新的研究中，科学家们将焦点放在这样⼀个与氟-19有关的核反应上：⼀个氟-19与⼀个质⼦聚变产⽣⼀个氖-20同位素和⼀个γ射线。
其实，当氟-19被质⼦撞击时，除了可以发⽣上述的会产⽣氖同位素的反应之外，还可以发⽣另⼀种类型的反应，那是⼀种会产⽣氧同位素的反应：在这种反应中，⼀个氟-19核和⼀个质⼦的聚变会产⽣⼀个α粒⼦（也称为氦-4核，由两个质⼦和两个中⼦组成）和⼀个氧-16。
这两种反应对恒星内部的化学物质的产⽣有着截然不同的影响：产⽣氧同位素的反应不会产⽣更重的元素，⽽是会循环返回到⽣产较轻的元素；⽽⽣成了氖-20的反应，则会引发⼀种“爆发”机制，使恒星能够锻造出更重的元素。
过去的⼤多数研究表明，在恒星中，这种“爆发”反应⽐产氧反应要弱得多，其反应速率估计只有产氧反应速率的1/4000左右。
但是在CJUL的独特条件下，研究⼈员发现这种“爆发”反应的反应速率其实⽐预期的要强烈得多。他们通过向固体氟-19发射⾼强度的质⼦束，证明了在相应的恒星温度下，通过氟-19和质⼦的聚变产⽣氖-20的，⽐之前的估计的要⾼7.4倍。这样的爆发反应速率可以合理地解释SMSS0313-67086中丰富的钙含量。
在这种机制下，在恒星演化的早期，轻元素（如碳和氧）在产⽣后，有⼀系列的质⼦捕获反应可以产⽣丰富的重元素。
新测得的反应速率，为旨在了解银河系在形成后，⽴即爆炸为超新星的那些恒星的性质的恒星模拟研究，提供了关键的信息。它意味着，在恒星的氢燃烧过程中，发⽣了⽐之前认为的更强烈的爆发反应。这种在地下进⾏的核天体物理实验室，为研究⼈员模拟宇宙中的恒星提供了宝贵的信息，这是以前在地⾯实验室上⽆法实现的。
现在，这些实验已经达到很⾼的精度，通过与⻙布空间望远镜等精密天⽂台的相辅相成，相信⼈类对恒星演化的探索，即将进⼊⼀个令⼈兴奋的新时代。