03.04 核聚變到鐵就停止了,那麼宇宙裡比鐵要重的元素都是怎麼堆出來的?

無盡的死亡在等待


自從大爆炸之後極短時間產生氫、氦、鋰之後,恆星核合成就一直在持續地創造重元素。

首先是最常見的主序星中的氫燃燒,然後是紅巨星中的氦燃燒,再逐漸燃燒更重的元素,這個階段是氫、氦、碳、氖、和氧燃燒過程,然而這些重元素都包含在恆星內部,並沒有明顯的改變宇宙中元素的丰度。

當恆星完成氧燃燒過程後,它核心的主要成分是硅和硫,如果它的質量足夠大,將會進一步的收縮,直到核心達到27至35億K的溫度,這時硅和其它的元素可以光致蛻變創造出新的元素,按以下的順序進行:硅28→硫32→氬36→鈣40→鈦44→鉻48→鐵52→鎳56,整個硅燃燒過程大約只持續一天,當鎳56產生時就停止了。硅燃燒是大質量恆星在主序階段的最後時刻,一旦發生就會進入燃料耗盡的生命終點,然後恆星將離開赫羅圖上的主序帶。

中低質量的恆星在它們生命的後期,通過恆星風相對“緩慢”地逸出它們的大氣,形成行星狀星雲,這個過程在赫羅圖上產生漸近巨星分支(AGB階段),這一階段恆星通過S-過程的慢中子捕獲機制產生比鎳重的元素,能產生的最重的同位素是鉍209。

而質量更大的恆星將通過超新星爆發的災難性事件,噴射出它們在爆炸前演化過程中所創造的元素,這是從碳到鎳的各種元素的主要來源。

在超新星爆發前的瞬間,當鐵內核不再產出能量支撐後,外層的重元素開始由恆星上層向核心崩潰,隨後形成一個壓縮衝擊波向外反彈,這個短暫的衝擊過程是恆星創造出重元素的最後時間,這個過程稱為超新星核合成,主要通過所謂R-過程產出重元素,它需要以鐵為種核進行連續的快中子捕獲,此時甚至能形成原子量高達254的元素!R-過程也會在中子星合併時發生。

除了S-過程及R-過程,還有其他的對某些元素的核合成有貢獻的過程,比如捕獲質子的Rp-過程和導致光致蛻變過程的γ過程或p-過程。具體過程不做贅述,如果有興趣深入瞭解,請關注頭條號“聽松”,獲得更多天文學知識,加入天文愛好者大軍。


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