03.06 核聚变到铁就停止了,那么宇宙里比铁要重的元素都是怎么堆出来的?

无尽的死亡在等待


原则上,铁元素可以继续向上聚变,否则宇宙中哪些比铁还重的元素从哪来的呢?

我们熟知一条知识点:恒星聚变,最多聚变到铁元素就停止了。这句话没有错,但恒星死后,元素并不会平白无故的消失,或者安安稳稳的继续保持原样。

我们先来解释一下为什么恒星只能到铁元素终止,由于恒星内部的主要工作机制为核聚变,因此恒星里的元素从氢开始,会阶段式的往上升,聚变放能,核心产生的辐射压将会同引力相平衡,维持星体的稳定。但当聚变来到铁元素这一阶段,由于铁的比结合能最大,如果铁聚变的话,反而需要吸收能量,而不是吸收。

可想而知,星体的稳定性被打破,恒星走向死亡,以超新星爆发结束,爆发释放出巨量能量,在这个过程中,元素得到了再次聚变的机会。而超新星爆发后的恒星残骸将会有两种形式继续存在,中子星或黑洞,近些年来也有科学家认为还存在第三种形式,夸克星。

除了超新星爆发之外,还有中子星合并等事件也可以产生重元素,比如前年的那次由中子星合并发出引力波事件,据说在那次事件中大概产生了3到13个地球质量的金元素。

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赛先生科普


核聚变到铁并未停止,只是能核聚变到铁的恒星,离死就不远了,随着临死前的一场爆炸,是可以聚变出所有自然元素的,这场爆炸称为“超新星爆发”。



自然界元素的由来

首先大家要知道整个宇宙中几乎99%的元素都是氢和氦。这两种最简单的元素充斥了整个宇宙空间。

而其他所有的元素都是靠恒星这个元素加工厂以氢氦为原料合成的。而要能成为一颗恒星的条件就是可以在核心产生氢聚变的热核反应。一旦这个热核反应启动了,一颗冉冉升起的恒星也就诞生了。由于氦原子核有两个质子、两个中子,非常稳定,所以后面所有元素的合成基本上都是以氦原子核为单位进行聚合的。三个氦原子核就能够聚合成一个碳原子核,四个氦原子核则聚合成为一个氧原子核,五个能聚合成氖原子核,六个是镁,七个是硅,八个是硫,以此类推。



当然,在几十亿度的高温中,一对拥有28个质子和中子的硅原子核,也可以直接聚变成一个有56个质子和中子的铁原子核。

而铁元素作为宇宙中最稳定的元素,比结合能最高。因此铁元素及之后元素的聚变将不会再产生能量,只会吸收能量。于是恒星的内部再也无法抵抗外部巨大的引力。在巨大的引力下,恒星内部的自由电子被强行压进铁原子核中与质子结合。电子与质子所携带的等量相反电荷彼此抵消,恒星内部就变成了一个硕大无比的由中子组成的原子核。由于原子与原子核所占据空间的巨大差异,使得内核空间突然变小了很多,引发猛烈的内爆,然后向外反弹形成超新星爆发。



一颗超新星的亮度可以超过其所在星系全部恒星亮度的总和。巨大的能量瞬间就把铁以后所有的自然元素聚变出来。而铀以后的元素不是自然形成的,而是人工合成的,而且绝大多数都会迅速的分裂。

而返还回星际空间的重元素,因为重,极易成为下一代天体的核心,随着再一次的星云坍塌,形成新的恒星以及行星,以及生命。我们DNA中的氮元素、骨骼中的钙元素、血液中的铁元素以及细胞中的碳元素,都是在坍缩恒星的内部形成的。所以说,人类渺小如尘,一点不为过,因为我们本来源于星尘。

地球这片星空曾经绚烂无比。

根据如今地球上金元素和铀元素的丰度,我们可以推测在太阳系形成之前,这一片星空中曾经发生过超新星爆发。而生命的起源与演化与太阳系的起源有着密切的联系。

第一,之所以我们判断生构成生命的元素全部来源于恒星,是因为目前宇宙中所发现的各种化学元素的相对丰度与恒星内产生的原子相对数目完全吻合。

第二,地球上存在如此多的重金属原子。意味着在太阳系形成前不久,这里发生过巨大的超新星爆发,爆炸的冲击波压缩了附近的星际气体和尘埃。触发了太阳系新云的收缩。才铸就了如今的太阳与八大行星。

第三,当太阳作为一颗恒星成型时,地球大气被大量的紫外线辐射加热,形成了闪电。这些原始的能量唤醒了成为生命起源的有机分子。

第四,地球上所有的生命能源都来源于太阳光。植物只不过是作为储藏太阳光能的一个载体而已。农业也只是利用植物作为媒介,有系统的收集阳光。

最后,生物进化可能也与阳光有关。比如,遗传突变为自然选择提供了原材料。而突变部分是由宇宙射线造成的,即超新星爆发时喷射出以光速运动的高能粒子。也就是说,地球上生命演化的部分原因来源于那些遥远的大质量恒星死亡时的余晖。

总结

所有的元素,都是由一个一个氢原子拼合而成的。恒星先在引力的压迫下,干着体力活,一点一点地生产铁以前的元素,最后实在干不动了,铁了心来一场大爆发,把一辈子的活都干完了。

说它光荣下岗也好,光荣就义也罢,反正就没它什么事了。

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核聚变本身并不会到铁就停止,超过铁的元素也是核聚变生成的。

所谓核聚变到铁元素为止,说的是在一般恒星内发生的核聚变到铁为止。因为恒星一般都遵循如下核聚变顺序:氢核聚变-->变成氦核,氦核聚变为碳元素和氧元素,碳元素再聚变为原子序数更大的元素,之后这些元素再次聚变,知道聚变为铁元素为止。之所以到铁元素停止,是因为铁元素想要聚变,需要的温度和压力都是超高的,恒星没有发生超新星爆炸之前是无法提供的。所以,恒星中元素聚变也就到铁为止了。


上图是一张恒星内元素聚变的顺序和需要的温度,可见到铁元素时温度就需要30亿度了。可能大家对于30亿度没有概念,这个温度是宇宙大爆炸之后10秒时的温度!所以说,恒星无法满足这个温度,铁元素就失去了再次聚变的资格。





但是,超新星爆炸是个例外,超新星爆炸可以瞬间提供足够的温度和压力,直接把铁元素的电子剥离,扫清铁核聚变的障碍,快速促进铁核融合聚变,进而生成大量的重元素。我们地球上的各种金属,比如铜、金、银都是某次超新星爆炸时生成的,然后被抛射到太阳系内。可能也正是这次超新星爆炸,才促进了太阳系原始星云的聚集,最终演变成为了太阳系,诞生了我们地球生命。


科学探秘频道


元素周期表上面的元素,看上去好像都是一个微观问题。实际上,它们的形成和宇宙的演化,恒星的演化等是分不开的。元素其实有多种来源,接下来,我们就来简单聊一聊元素周期表上的元素是咋来的,尤其是铁元素之后的元素是咋来的。

宇宙大爆炸

按照如今最主流的理论,宇宙起源于一次大爆炸。关于这个理论目前有3个坚实的证据分别是:

  1. 哈勃发现的星系红移
  2. 宇宙微波背景辐射
  3. 氦原子丰度

宇宙中的氢和一部分氦都是在宇宙早期形成的,其中氢就占到了宇宙总量的70%左右,剩余的几乎都是氦。

恒星演化

宇宙大爆炸2亿岁左右,宇宙中出现恒星,这类天体一直到今天都是宇宙中的主流。而恒星绝大多数的成分是氢和氦。而恒星的内核一直在发生核聚变反应,促发核聚变的是恒星自身的引力,使得核心的温度以及压强升高,在弱力的作用下,氢原子核发生核聚变,产生氦原子核。这个过程主要有两条路径分别叫做质子-质子反应链和碳氮氧循环。

当氢烧的差不多后,如果引力足够大,还能够继续引发氦的核聚变,生成碳原子核和氧原子核。

同样的,如果引力还足够大,那还能继续引发核聚变反应。尤其是10倍太阳质量的特大恒星,它的核心核反应可以一直反应到生成铁,而由于内核的温度太高,使得整个恒星外围也在发生核聚变,而且每层都不一样,就像洋葱。

(这里补充一点,实际上这类恒星内核的最中心部位还是可以产生一点原子序数大于铁的原子核,比如:锌原子核。)

可能很多人就有疑问了,为什么是到铁原子核?

这是因为从原子核的层面来看,铁原子核是最稳定的,我们也叫做比结合能最大。

因此,原子序数在铁元素之前的元素原子核都有聚变的倾向,意思是发生核聚变可以产生大量的能量;

而原子序数小于铁元素的元素原子核有裂变的倾向,意思是发生核裂变可以产生大量的能量。

而铁是很奇葩的,铁原子核的核聚变反应所需要的能量是要比反应后产生的能量要多,也就是说这个过程是入不敷出的,是赔本的买卖。因此,让铁原子核发生核聚变是最难的。

但是难,并不意味着不能发生,只要引力足够大,还是可以促发铁的核聚变反应。这时候,恒星内核的光子会击穿原子核,释放出大量的中子和质子,质子和电子发生反应生成中子和中微子,内核在引力的作用下,最终成为一颗中子星。(当然,也可能产生黑洞。)

超新星爆炸和中子星合并

在这个过程中,同时还会伴随着超新星爆炸。而超新星爆炸的过程就会产生很多原子序数比铁元素高的原子。

但是,一些原子序数更高的,更稳定的元素,比如:金或者银。它们只有很少的一部分是来自于超新星爆炸,更多的是来自于中子星的合并。

我们要知道,超新星爆炸本身就不是很常发生,中子星的合并事件就更少了。所以,像金这种元素才会如此贵重,毕竟物以稀为贵。同时也意味着曾经在太阳系附近出现过中子星,甚至是发生中子星合并的事件。

以上就是元素周期表上的元素的主要来源,我们最后来简单总结一下,氢和氦是在宇宙大爆炸早期形成的;铁元素之前的大多数元素主要就是这么形成的;而铁之后的元素主要依靠的是超新星爆炸以及中子星合并。

这个情况同样适用于地球,人体内的氢就是宇宙诞生之初就形成的,也就是说,你的年龄和你体内氢原子的年纪比起来完全可以忽略不计,因为它已经138亿岁了。而人体内的其他元素基本上都是在恒星演化和超新星爆炸中形成。因此,它们的年龄至少也要大于太阳系的年龄,也就是说,它们至少有45亿岁了。


钟铭聊科学


恒星内部达到1500度时,热核反应从氢开始聚变为氦,随着温度上升到1亿度时,氦又聚变为碳、氧等,依次生成更重的元素,这个过程中,单位释放的能量依次递减,到聚变成铁时,释放能量停止,因为铁以后的热核反应开始逆反,需要吸收能量。这也是核聚变要用轻元素,核裂变需要重元素的原因。

核聚变:

核裂变:

宇宙中比铁重的元素都是超新星爆发所产生的。当超大恒星热核反应结束,恒星本身不能抵抗自身的引力坍塌,结构失衡造成向内收缩而导致猛烈的爆炸,这就是超新星的爆发,其亮度可以可以达到太阳的上百亿倍,相当于银河系的总亮度,在这样的极端环境下产生金、铂、铀等重重元素。超新星产生重元素的具体机制,现在物理学家并不清楚,还有待研究。

超新星爆发的残骸---蟹状星云


有一点是肯定的,重元素是在超新星爆发过程中极端很短的时间内形成,整个超新星爆发也就持续几周时间。由于宇宙中恒星的数量级极大,因此,超新星爆发是非常普遍的,宇宙中不断的在生成重元素。没有超新星的爆发其实也就不会有我们人类的产生。


人择原理


答:宇宙中高于铁的元素,可以是大质量恒星在演化末期,通过中子俘获过程形成;或者在双中子星合并事件中,也能大量形成。


我们地球上的元素非常丰富,从1号氢元素到92号铀元素都有,铀是自然界中大量存在的最重元素;大于92号的叫做超铀元素,只有几种在自然界中微量存在,其余都是人工合成的,超铀元素的半衰期一般都很短。


如果了解一点天文学知识,就会知道恒星是一个元素加工厂,可以把宇宙中的氢元素进行核聚变,然后生成各种各样的元素。

比如在恒星内部,氢元素聚变生成氦元素,并释放大量能量;然后氦元素又聚变,生成碳元素和氧元素;碳元素的聚变,又可以生成氖、钠、镁、铝元素。

但是这样的聚变,在恒星内部到铁元素就终止了,比如硅元素聚变生成铁-56,然后铁-56无法继续进行聚变;那么高于铁的其他元素,又是如何来的呢?


我们知道,氢弹是氢的同位素聚变,原子弹是铀或者钚裂变,两个核反应都是释放能量,这与原子核的“比结合能”有关。

结合能表示把原子核中的核子(质子和中子)完全分开,所需要提供的能量;但是我们不关心结合能,而是关心结合能与核子数量的比值,叫做比结合能。

比结合能越大,表示原子核越稳定,铁-56的比结合能是所有原子中最大的,所以铁-56是最稳定的原子,比铁更高的元素叫做超重元素,看来大家说“老铁”是有原因的(暗笑)!


对以上原理有了一些了解后,我们再来看宇宙中元素的形成原理;所有恒星在刚形成时,都会进行氢元素的聚变反应,氕核先聚变为氘核,再经过多步聚变后,产物主要是氦-4:

(1)对于小质量恒星,比如小于0.8个太阳质量的红矮星,就只能聚变到氦了,因为这种恒星的质量太小,内部温度不够高,氦元素的聚变反应无法点燃。

(2)像太阳这样的恒星,在氢元素燃烧完后,引力作用会临时压过核聚变释放的能量,然后恒星外层发生收缩,使得内核温度急剧升高,就会点燃氦元素;氦的聚变非常快,并释放大量能量把恒星外层大气吹走,也就是氦闪,在《流浪地球》中就是假设太阳即将发生这种情况。

(3)太阳在演化末期只能聚变到碳、氧元素,比太阳质量更大的恒星,聚变反应可以到硅元素。

(4)对于大质量恒星(约10倍太阳质量),一直可以聚变到铁元素,然后聚变反应就终止了,因为铁的结合能是最高的。


铁-56原子有26个质子和30个中子,要使铁变为更重的元素,就需要继续往铁原子中塞入质子,原子核由强力把质子和中子绑在一起,但是强力是短程力,只在10^-15米尺度生效。

虽然强力是库仑力的100倍,但是库仑力是长程力,原子核带正电荷,这时候要把质子塞进铁原子核是非常困难的,因为质子和铁原子核会相互排斥。

由于库伦势垒太高,超重元素无法在恒星内部通过质子俘获、或者α粒子俘获的方式形成;而且铁-56进行质子俘获的平均时间,已经远远高于了恒星的寿命,于是在恒星内部,只能通过中子俘获的方式获得超重元素。


由于中子不带电,所以中子比质子更容易接近原子核,中子被原子核中强力抓住的过程,叫做中子俘获,中子俘获又分为慢中子俘获过程(s过程)和快中子俘获过程(r过程)


大质量恒星在演化末期(红超巨星),恒星内部聚集了许多铁元素,也存在密度很高的中子流(可达每立方厘米10^8个);于是铁-56俘获一个中子变为铁-57,然后铁-57的原子核发生β衰变(释放一个高能电子),生成比铁高一号的27号元素钴 ,也就是Co-57,然后Co-57继续通过中子俘获过程,生成更重的元素。

慢中子所处温度低,中子俘获过程时间长,如果生成物的半衰期太短,生成物就会在下一次还没俘获中子前发生衰变,所以慢中子俘获过程只能生成一小部分超重元素;而快中子的俘获过程时间短,可以生成大量的超重元素。

大质量恒星在超新星爆发时,能达到100亿度以上的温度,此时快中子密度极高(可达每立方厘米10^23个),于是铁元素在超新星爆发中进行快中子俘获过程,可以生成大量的超重元素;或者在双中子星合并事件中,中子溃散后不久会衰变为质子,也能形成大量的超重元素。

所以,形成比铁更重的元素,就至少有三种方式:

(1)大质量恒星演化为红超巨星时,铁-56通过慢中子俘获过程,产生少量超重元素;

(2)双中子星合并事件中大量产生;

(3)超新星爆发时,通过快中子俘获过程大量产生。

我们地球上有着各种各样的元素,一些超重元素还是人体不可缺少的微量元素,比如29号铜元素,存在于肌肉和骨骼当中;33号砷元素,存在于头发和皮肤中;34号硒元素,存在于心肌和骨骼肌中。

然而这些元素,归根到底来自于至少45亿(太阳系年龄)年前,某次超新星爆发或者双中子星合并事件;我们身体中的元素,就是超级爆炸中落入太阳系的余烬尘埃。


然而这样的事件,每天都发生在宇宙当中,在我们银河系内平均每个世纪里,会有1~2次超新星爆发事件。我们夜晚看到那条明暗相间的银河,其实就是无数次超新星爆发后,残留下来的物质挡住了银河系中心的光线。

在红外线望远镜下,这些残骸显现出明显的放射状,或许在某处就有另外一个文明,在观察我们的太阳系。


好啦!我的内容就到这里,喜欢我们文章的读者朋友,记得点击关注我们——艾伯史密斯!


艾伯史密斯


看了下各位的回答好像并没有提到钱德拉塞卡极限?

好吧,那就以本人——一个非物理学的天体物理爱好者简单的发表下自己的一点想法。

这里仅仅提及钱德拉塞卡极限这个名词,并且适当添加点个人见解。

文章内容选自《混乱博物馆 232期——恒星之死》


正如各位所说,核聚变并不是到了铁(Fe)就停止了。题主提到了这个说法,应该是把恒星核心的聚变反应与我们常说的聚变反应混淆了。


以我们的太阳为例,太阳目前以氢(H)原子为原料每秒钟都有超过400吨的静质量通过质子-质子链反应转化为电磁辐射和中微子释放出来,给我们带来辉煌的光和热。


但氢总有耗完的那一刻,到那时,太阳终于耗竭了核心的氢元素,开始在重力下收缩,结果收缩带来的巨大能量点燃了核心的氦(He)元素,以更高的核心温度反过来又点燃了外层的氢元素,吹胀了整个恒星,半径扩大200多倍,成为一颗衰老的红巨星——最终在激烈的氦闪之后释放出匹敌其余整个银河的能量,外层物质最终将被吹散成一个行星状星云,而残留的内核就成为一个炽热的白矮星。

白矮星 图源自网络


可是恒星残留下来的残骸可不只是白矮星,也分几种类型。不足一个太阳质量的恒星在耗尽燃料之后,就形成白矮星,白矮星大多由核心氦聚变产生的碳和氧构成。凭借着电子的泡利不相容原理产生的简并压力维持着体积,者因此被称作电子简并态,密度很大,达到每立方米数千万吨。

白矮星的结构示意图


如果恒星的残骸超过了白矮星的最大质量,1.44倍的太阳质量,那么就连简并压力也不再能够抵挡巨大的重力了,这被称为钱德拉塞卡极限——在这个瞬间,白矮星中的碳原子核与氧原子核将被彻底挤碎,在一瞬间发生全面的碳聚变,白矮星被炸得粉身碎骨,抛射出的物质将以6%的光速横扫周围的一切,在那一瞬间的亮度比可以达到一个星系的数千倍。这样壮丽的景象就被称为Ia型超新星爆炸。

Ia型超新星爆发——蟹状星云


与Ia型超新星相对的,是核心坍缩型超新星——那些初始质量超过8倍太阳的巨大恒星将有更高的核心温度,氢耗尽之后就启动氦聚变,氦耗尽之后就启动碳聚变,碳耗尽就启动氖聚变,再启动氧聚变,镁聚变、硅聚变,层层嵌套,好像洋葱。

层层嵌套的太阳


硅聚变最终产物是铁,而铁原子核拥有周期表上最高的核结合能,即使聚变也不再释放能量,只能在巨大的压力下像白矮星一样靠电子的简并压力维持体积——那么同样,当铁核的质量超过了钱德拉塞卡极限,就将开始不可阻挡的坍缩,核心外围的物质将以23%的光速猛烈撞向铁核,电子被挤进原子核,与质子结合成中子,而中子拥有更强的简并压力,常常可以抵挡外层物质的猛烈冲击,于是以巨大的激波将外层物质反弹回去,形成了规模空前的巨大爆炸,一瞬间的亮度可达整个星系的数十万倍以上。

铁拥有最高的原子结合能


公元1054年7月4日《宋史·天文志》记载:“至和元年五月己丑,出天关东南可数寸,岁余稍没”;《宋会要》记载:“嘉祐元年三月,司天监言:‘客星没,客去之兆也’。初,至和元年五月,晨出东方,守天关,昼见如太白,芒角四出,色赤白,凡见二十三日”。这颗“守天关,昼见如太白,芒角四出,色赤白”的,就是聚变残骸铁核的质量超过了钱德拉塞卡极限的恒星爆发,比日月之外的一切天体都要明亮。

蟹状星云


感觉扯远了,题主说道的“聚变到铁就停止了”只是一个知识上的谬误。聚变并不是停止,而是重核聚到了终产物是铁这一段,就已经不再释放出能量,也就不再往下继续发生了。


但为什么说聚变不会停止呢?是因为元素周期表中靠后的都是人造元素。人造元素的关键是用某种元素的原子核作为“炮弹”来轰击另一种元素的原子核,当它的能量足以“击穿”原子核的外壳并熔合成新核时,质子数改变,新元素也就产生了。

化学书最后一页的元素周期表,带*的的元素都是人造元素


目前就先说到这里吧,希望给到你有价值或者有帮助的信息,有缘再见。


维居智能生活


其实,用通俗的话来解释比较好理解一点。

首先来看几个问题:

1、为什么恒星的质量这么大,其重力不会将自己挤压坍塌?

2、为什么恒星内部发生核聚变,其扩张力不会使自己炸裂?

3、为什么恒星质量越大,寿命越短?

其实,这都是因为“平衡”。即重力向内压缩的力和核聚变向外扩张的力相互抗争抵消,使恒星维持在稳态。

当恒星质量变大时,重力向内坍塌的力越大,导致内部压力和温度升高。压力和温度的提升却又会令其内部核聚变愈加剧烈,产生的扩张力增强。两者“军备竞赛”却始终势均力敌,恒星处于稳态,不至于坍塌或炸裂。

同时可见,恒星质量越大,重力越大,促使核聚变越剧烈,质量消耗越快,自身寿命越短。太阳的寿命约一百多亿年,而一颗十倍太阳质量的恒星,寿命不过几百万年而已。

铁以下的元素进行核聚变时,释放出大量能量,这时扩张力可与压缩力相平衡。而当核聚变到铁元素时,会吸收能量,扩张力将无法再与压缩力抗衡。

当平衡被破坏,恒星将向内坍塌爆炸形成超新星。超新星爆发产生极高的温度为其他重元素继续核聚变提供了条件,于是,“金”等元素诞生。

*只是普通探讨,属于业余爱好者,数据就不罗列了。


Iamanass


“核聚变到铁元素就停止了"这句话不能从字面上这么理解。不能理解成大质量恒星一旦产生铁元素就不再核聚变了。而是必须这么理解,铁元素的产生是开启核聚变停止运行的按钮。

那么估计有大量的大仙大神们会问了:铁元素的产生如何让核聚变停止呢?

其实答案很简单的。就是以更剧烈的核聚变来停止的(与止戈为武是一个道理)。具体过程如下:

首先理解一下恒星的正常核聚变。恒星的正常核聚变就像足洋葱似的一圈一圈的,首先被点燃了的是氢聚变,接着的是氦聚变,再下去的就复杂多了,原子核聚变是两两而聚变的居多,可以氢氦产生锂,可以氦氦产生氧,可以氢氧,可以氦氧产生钙…………(如此等等,五花八门,好不热闹啊)不过,这些反应不论如何进行,其根本原因都是为了反重力(即在万有引力作用下产生的重力,重力的作用下为了不致于无穷无尽的坍塌下去必须有反重力作用,而热能即是有效的阻止重力坍塌的有效手段,),因此无论如何五花八门,只要是反应能产生热的,即可以抵抗重力作用。这个是恒星正常的热核反应过程。在这个过程中,产生元素质量越大正常地温度越高,同时由于元素质量大也会自然地向中心地带下沉而产生自然分层,虽说不是百分百地分得清清楚楚,却也是大致如此的。

那第二,了解一下不正常的核聚变反应吧。铁元素的产生是个奇葩式的反应,因为此反应不但不是放热反应而且还是个吸热反应。这个就不正常了,就打乱了恒星先前的重力与热的力学平衡。

由于在恒星的中心位置上产生了铁元素,如果仅仅只是产生一点点自然是什么鸟事情都没有。只不过既然可以产生铁元素就说明恒星的中心温度已经足以产生铁这一元素的条件,自然会是源源不断地产生的。然而产生的越多,热能损失得越大,恒星的中心位置上由于大量铁元素的产生而迅速降温,降温至不再产生铁元素的低温时止。这一行为立在恒星中心位置上热力迅速减弱而打破重力热力平衡。

为了弥补这个不平衡,恒星整体在重力作用下再度向中心位置坍塌。在坍塌挤压下恒星中心热能又迅速升高(挤压生热)甚至超过先前温度。从而又恢复了产生铁的热核反应。而这又产生了更多的铁元素来降温。从而又再度打破重力热力平衡。

第三,也是结论,停止热核反应的过程。

因此,我们在观察恒星的演化时,就看到了大质量恒星在演化后期有多次的像心脏跳动一样的收缩膨胀,再收缩再膨胀……的过程。而在这一过程中,规模一次胜过一次。因而恒星中心最高温度一次高过一次,压力也一次大过一次。

一直到恒星中心温度高达可以大量产生剧烈的核聚变反应而且还是可以点燃铁元素之后的好多核聚变反应的。因为大规模的收缩在恒星中心位置上迅速升高的温度可以比原先的高出好多好多的。而更多得多核聚变与更猛烈的核聚变不但产生铁元素,更产生了铁元素之后的元素(又是放热的)。而如此大规模的核聚变产生的超多的热能,再借由先前收缩产生的势能的反弹作用,让恒星受不了,因此产生的了最后的大爆炸,直接将恒星表层炸飞了。同时由于借用这一动力也将恒星内部挤压再度坍塌成中子星甚至是黑洞。从而从根本上停止了恒星的热核反应。


清风57166


自从大爆炸之后极短时间产生氢、氦、锂之后,恒星核合成就一直在持续地创造重元素。

首先是最常见的主序星中的氢燃烧,然后是红巨星中的氦燃烧,再逐渐燃烧更重的元素,这个阶段是氢、氦、碳、氖、和氧燃烧过程,然而这些重元素都包含在恒星内部,并没有明显的改变宇宙中元素的丰度。

当恒星完成氧燃烧过程后,它核心的主要成分是硅和硫,如果它的质量足够大,将会进一步的收缩,直到核心达到27至35亿K的温度,这时硅和其它的元素可以光致蜕变创造出新的元素,按以下的顺序进行:硅28→硫32→氩36→钙40→钛44→铬48→铁52→镍56,整个硅燃烧过程大约只持续一天,当镍56产生时就停止了。硅燃烧是大质量恒星在主序阶段的最后时刻,一旦发生就会进入燃料耗尽的生命终点,然后恒星将离开赫罗图上的主序带。

中低质量的恒星在它们生命的后期,通过恒星风相对“缓慢”地逸出它们的大气,形成行星状星云,这个过程在赫罗图上产生渐近巨星分支(AGB阶段),这一阶段恒星通过S-过程的慢中子捕获机制产生比镍重的元素,能产生的最重的同位素是铋209。

而质量更大的恒星将通过超新星爆发的灾难性事件,喷射出它们在爆炸前演化过程中所创造的元素,这是从碳到镍的各种元素的主要来源。

在超新星爆发前的瞬间,当铁内核不再产出能量支撑后,外层的重元素开始由恒星上层向核心崩溃,随后形成一个压缩冲击波向外反弹,这个短暂的冲击过程是恒星创造出重元素的最后时间,这个过程称为超新星核合成,主要通过所谓R-过程产出重元素,它需要以铁为种核进行连续的快中子捕获,此时甚至能形成原子量高达254的元素!R-过程也会在中子星合并时发生。

除了S-过程及R-过程,还有其他的对某些元素的核合成有贡献的过程,比如捕获质子的Rp-过程和导致光致蜕变过程的γ过程或p-过程。具体过程不做赘述,如果有兴趣深入了解,请关注头条号“听松”,获得更多天文学知识,加入天文爱好者大军。


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