当家方知柴米贵

恒星核聚变到铁的原因，是因为铁原子核里质子之间、中子之间、以及质子和中子之间的结合能是所有原子核中最大的，也就是说比铁原子核小的原子核，每增加一个质子或中子都是释放能量的，聚变到铁原子核之后，每增加一个质子或中子，都需要吸收能量。那么想生成比铁重的元素，也就是比铁原子核重的原子核，就需要外界输入大量能量。

之前认为这些重元素都来自于红巨星和超新星爆发，实际上通过核物理计算发现，小质量恒星的红巨星阶段原子核俘获中子是大部分碳和氮以及小部分较重原子核的来源（图中绿色部分），而大质量恒星的超新星爆发阶段的原子核俘获中子是大部分较轻元素的来源（图中黄色部分），剩下的部分来自白矮星爆发（图中银灰色部分）。

但核物理的计算同时发现，以上过程不会产生那些较重的放射性元素的原子核，宇宙中只有中子星合并这种罕见的高能事件才能生成这些原子核（图中紫色部分）。由于中子星合并一直没有直接的观测结果，直到去年这还只是一个假说，但是去年夏天LIGO观测到的引力波事件GW170817，直接证明了中子星合并事件的存在，为这个问题画上了圆满的句号。

九维空间

说出来你可能不信，我们常见的金、银、铜等重金属，都来源于超新星爆发！

铁，以及铁之前的元素，例如碳、氧、钙等元素，都来源于恒星的核聚变，在这个过程中，原子序数低的元素会结合称原子序数高的元素，同时产生能量。比如氢就可以结合成氦，同时产生能量。

但这个过程并不能一直持续下去，一旦元素的序数超过了铁，核聚变就无法产生能量了。相反的，反而会吸收能量。一个反应如果吸收能量，只要没有外界的能量输入，那就是无法持续的。

所以铁之后的元素都不是靠核聚变产生的，它们，靠的是超新星爆发。

超新星爆发的主要能量，通常来自于引力。恒星自身的核反应无法支撑自己的质量之后，就会开始坍缩。同时引力势能转化为巨大的热能，引发超新星爆发。

在这个过程中，吸热的核聚变得以发生，从而产生了我们今天熟悉的铜、金等重金属。

章彦博

宇宙中一切元素，除了氢元素是宇宙最元初的元素外，其他元素都是来源于恒星活动。最初，宇宙中只有氢元素，大量氢元素聚集成恒星，恒星内部进行热核反应。至于能创造什么元素，这与恒星质量有关。像太阳这样的恒星，当前，内部不断发生核聚变，在无比强大的压力和无比高的温度下，两个氢原子聚变成一个氦原子，亏损的质量以光子形式释放，这就是阳光的来源。当氢元素耗尽后，由于内部极高温度和压力，氦原子会聚变成氧原子，碳原子，氮原子等其他原子，越到太阳内部，原子质量越大。但是，太阳由于受到本身质量限制，它的压力最多能让聚变生成铁，最终，太阳会变成一颗白矮星。如果恒星质量大于太阳1.44倍，也可以像太阳那样逐级聚变成铁元素。但由于质量大，压力也大，，恒星内核受到的压力无比想象的大，以至于连核外电子都被压进原子核，与质子湮灭成为中子，这样，最后得到的就是一颗中子星。我们夜晚天空中最亮的那颗星，天狼星，就是一颗中子星。如果恒星质量大于太阳2.4倍，这颗恒星最后阶段，会由于超级压力与辐射力的严重失衡导致恒星爆炸，这就是超新星爆发，在超新星爆发过程中，巨大压力就会让不同元素间合并成其他更重的元素，这就产生了原子量大于铁的元素，像金银铜等重元素都是在超新星爆发中产生的，让后这些元素再通过其他途径聚集到行星上。如果恒星质量更大，那最后就形成黑洞。

突然的自我164281476

铁元素的确是核聚变与核裂变的分界线。比铁小的元素可以通过核聚变产生更大元素同时释放能量，这些能量能够维持住元素核聚变的环境，不断的进行新一轮的核聚变产生新的更大的元素。然后到了核聚变形成铁元素的时候就不再是释放能量而且吸收能量了。这就会破坏核聚变的环境导致无法继续核聚变反应！但是注意，这里的无法继续不是指静态的无法继续反应，而是一种动态的平衡。局部可能会达到继续核聚变的反应条件产生大于铁的元素，但是同时又会发生核裂变释放能量，最终达到动态的平衡稳定成了铁元素。

那么宇宙中稳定的超铁元素哪里来的？这就是另一种方式了。自由中子可以衰变变成质子和电子。而一些大的恒星发展后期会成为中子星释放一些自由的中子。铁元素俘获自由中子达到新的平衡（原子核的平衡），就有了超铁元素。理论上来讲这种方式在极端条件下可以形成更大的超铁元素，各种元素都可以通过这样的方式来形成（但是不稳定的原子核会在形成之后就极速裂变最终形成稳定的元素存在）。

我更想知道，为什么会是铁成为了分界线？最本质的原因是什么呢？有人解惑吗？

宇宙狂想

氢氦锂铍硼，碳氮氧氟氖，钠镁铝硅磷……”对于大多数人而言，化学“元素周期表”肯定不陌生。然而，宇宙中除了氢和氦之外，其他重元素是如何形成的却还是一个未解之谜。

目前科学界普遍认为，一些重元素由氢与氦通过恒星内部核聚变反应产生。而恒星爆发成为超新星之后，又形成了另外一些重元素。然而，最近发表在《物理评论快报》上的一项新理论模型表明，微型黑洞从其内部毁灭中子星，可能也会制造出重元素，其中包括贵重的黄金。除此之外，对于重元素的来源还有一些其他推测。

重元素诞生于超新星爆发

大质量恒星核心核聚变产生了铁及其之前的重元素之后，恒星会剧烈坍缩形成超新星爆发，恒星中的铁元素在高温高压下，与自由中子、电子、质子等发生反应，产生铀之前的所有重元素。

目前科学界主流观点认为，在宇宙大爆炸之后的一段时期内，空间中充满了氢和氦这样最常见的轻元素，而宇宙中的一部分重元素来自于恒星内部的核聚变。

科学家指出，在极高的温度和压力下原子核外的电子可以摆脱原子核的束缚，使得两个原子核能够互相吸引而碰撞到一起，发生原子核聚合作用，生成新的质量更重的原子核。这就是所谓的核聚变。而铁以前的重元素就都是在恒星的核心，靠核聚变产生的。

恒星诞生初期能量全部来源于氢聚变成氦。恒星对抗自身引力坍缩的能量来源就是聚变。当大质量的恒星上的氢燃烧完之后，会在自身引力作用下发生坍缩，这一过程会使得核心温度和压力大幅升高，然后达到发生氦聚变的条件，生成碳和氧。当氦逐渐消耗，恒星又开始坍缩，温度和压力进一步升高，碳、氧就聚变生成硅。然后同理，硅聚变生成铁，由于铁聚变产生的能量得不偿失，于是聚变的链条到铁就停止了。此时恒星最外到最里层依次是氢、氦、碳、硅、铁。

但恒星的演化到了这步并没有完全停止。由于恒星的高温不足以“烹调”出铁以后的元素，如铜、镍、锌、铀等。要想促使这些重元素的诞生，就需要一个更大的熔炉，即超新星爆发。

科学家指出，大质量恒星在产生铁核心之后，由于聚变反应的停止，核心会发生剧烈的引力坍缩，形成超新星爆发，铁元素会在极高的温度和压力下，与自由中子、自由电子、质子及其他原子核发生反应，产生出92号元素铀之前的所有重元素，并随着超新星爆发将它们扩散到宇宙空间中去。

两颗中子星发生碰撞，一部分物质会被抛入太空，这些物质中富含中子，很多中子射向“种子核子”，这样便会形成原子量越来越大的元素。

虽然大多数科学家认为，从铁到铀，自然界稳定存在的重元素中有约半数是大质量恒星在生命终结阶段发生超新星爆发时生成的。但也有科学家给出了不同的可能性，他们指出，这些重元素的起源可能是一种更加狂暴而罕见的机制——密度超高的中子星之间发生的相撞。

中子星是恒星衰亡并发生超新星爆发之后残留的遗骸，其密度极高。直径数百公里的一颗中子星，质量可以和太阳一样甚至更高。在地球上，如果你拿着一勺中子星物质，那么这一勺子物质的重量将达到50亿吨。

尽管绝大部分中子星都孑然一身，但也会有两颗中子星组成双星系统，它们可以在一起相互绕转数十亿年，但是在这一过程中会逐渐相互靠近，直到有一天，这两颗中子星终于陷入毁灭性的相撞。

美国哈佛史密松天体物理中心的科学家艾多·贝格说，这时候两颗中子星的绝大部分物质会发生进一步坍缩，形成黑洞，而另外一部分物质会被抛入太空。这些物质中富含中子，这样便会形成原子量越来越大的元素。美国加州大学伯克利分校天体物理学家丹尼尔·卡森解释说，你需要很多中子并将它们射向那些“种子核子”，才能合成那么重的元素，比如金、铅，或者铂。这就像是汽车挡泥板上不断累积的泥浆一样。

科学家得出这一结论，缘于一次伽马射线暴。这次伽马射线暴距离地球约39亿光年，虽然持续时间不到0.2秒，但其红外线余晖却持续数天时间。科学家将观测的结果与理论模型进行对比之后，得出结论认为这是大量重金属元素形成之后产生的放射性辉光，而这些重元素是在一次中子星的撞击事件中产生的。

卡森对这次碰撞做了粗略的估算，认为这次事件中约产生了相当于20倍地球质量的黄金。这一数量的黄金足以装满100万亿个油桶。而且这次撞击事件中所产生的铂金数量甚至比产生的黄金还多7倍。

此外，科学家还在一个矮星系——网罟座二号9个最亮的恒星中发现了7个包含许多重元素的恒星，这比任何矮星系上发现的都要多。科学家表示，这些恒星上的重元素比其他相似星系上观察到的多了近100倍。而在一个矮星系上发现这么多重元素证明了网罟座一定发生过比超新星爆发还要罕见的事件，比如中子星撞击，因为大多数超新星爆发产生的重元素也远远达不到网罟座上那些重元素的惊人数量。

黑洞毁灭中子星成为重元素来源

原生黑洞从内部消耗中子星，使中子星收缩自转变快，最终导致一些部分甩离本体，这些富含中子的分离部分，很可能就是重元素的来源。

还有研究人员猜测，宇宙中的重元素（如金、银、铂和铀）可能是早期宇宙诞生时在黑洞的帮助下形成的。

在宇宙大爆炸时，其异乎寻常的力量会把一些物质挤压得非常紧密，形成了“原生黑洞”。这种黑洞并不是由恒星坍缩而形成的。理论上，原生黑洞比普通黑洞更小，甚至小到肉眼无法看到。

在这项最新研究中，研究人员认为原生黑洞会与中子星发生碰撞，中子星几乎完全是由中子构成，并且非常密集，原生黑洞将沉入中子星中心区域，从其内部吞噬它们。美国加州大学洛杉矶分校理论物理学家亚历山大·库先科认为，当这种情况发生时，黑洞会从内部不断消耗掉中子星，这个过程可能会持续1万年左右。之后，中子星随着自身的收缩，自转会变得越来越快，最终导致一些小的部分被甩离本体。而这些富含中子的分离部分，很可能就是重元素的来源。

然而，库先科同时表示，中子星捕获黑洞的可能性非常低，这种低概率与只有少量星系富含重元素的观察结果一致。形成于宇宙早期的黑洞与中子星相撞产生重元素的理论也解释了银河系中心区域中子星数量稀少的问题。据了解，今年晚些时候，库先科和同事们将与普林斯顿大学的科学家合作，对“中子星—黑洞”相互作用产生重元素的过程进行计算机模拟，并希望能通过将模拟结果与临近星系中重元素的观测结果进行比较，来判断地球上存在的金、铂和铀是否来源于早期宇宙中的黑洞​​​

陨石世界科普

来一个不同的声音吧，供大家一起探讨。其实宇宙中的所有元素在大爆炸时就全部形成了。这里边有一个元素宇宙丰度的问题。

元素起源理论是在元素宇宙丰度的测定、现代核结构理论和宇宙起源理论的基础上逐步完善起来的。首先可以肯定的是在恒星内可以形成氦元素，到铁元素停止，再接着超新星内可以形成重元素然后通过爆炸释放出来。

宇宙氦元素丰度带来的疑惑。在各种不同天体上，氦丰度相当大，而且大都是30％。用恒星核反应机制不足以说明为什么有如此多的氦，重元素也是这样。如果说所有重元素来自超新星爆发。那么意味着稳定的恒星系统内行星上的重型元素都来自于星系外了？例如地球。再深一步探讨那是不是意味着第一代恒星系统内没有重元素存在？因为没有超新星爆发阿。

所以，重元素的产生不单单是来自于超新星的爆炸，而在宇宙诞生之初所有的元素就都已经形成了。这就解释了元素丰度的问题。

个人观点大家一起探讨哈 勿喷勿喷

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如题目所言，铁是恒星热核聚变所能够合成的最重元素，这当然是对于大质量恒星而言。像太阳这种质量的恒星，当生命终结时，只能从氢到氦，再聚变到碳为止，最终的碳核不会继续聚变。但更大质量的恒星在氢氦燃烧殆尽时，还可以继续燃烧碳核，产生更重的元素钠，镁等，一直到铁元素。

而铁的原子核的集合能是最大的，所以恒星聚变到铁的阶段，就不可能继续燃烧了。这时就不再有核聚变反应的张力来对抗恒星巨大的引力，大质量恒星中心的铁核就开始加速坍缩，剧烈的坍缩出现后，恒星外层的物质也会向内坠落，在这个时候就出现了超新星爆发。恒星的外壳会在超新星爆发中被抛射向宇宙，而中心的内核会以中子星或者黑洞的形式存在。

超新星大爆炸的极端高温高压状态，就会合成出被铁更重的元素，例如黄金等重金属元素，从而抛向太空，这些超新星的各种抛射物可能成为新一代恒星系的原料，形成新的恒星系统就像我们现在的太阳，地球以及生命。

量子实验室

答：比铁重的原子，可以经历超新星等其他方式生成。

原子平均核子质量中，铁的平均核子质量是最低的。

意味着铁-56是最稳定的原子：

（1）比铁小的原子可以发生聚变，同时放出巨大的能量；

（2）比铁大的原子，可以发生裂变，也会放出巨大的能量；

（3）但是铁原子发生融合生成更重的原子时，就会吸收大量的能量；

恒星形成与演化理论指出，铁原子的聚合反应需要60亿度以上的高温，而恒星内部最高也只有几亿度，所以恒星内部的温度，不足以让铁原子发生聚合反应，恒星内部的核聚变到铁为止。

但是，大质量恒星在演化末期，有可能发生超新星爆炸，超新星爆炸的瞬间，在内部形成数十亿度的高温，就能达到铁原子聚变的条件，从而生成更重的元素。

有个说法：我们每个人身体中储存的重元素，都来源于地球形成前的某次超新星爆炸。

另外，除了超新星爆炸外，中子星合并等等剧烈的天文事件，也有可能达到铁原子聚变的条件。

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艾伯史密斯

首先要明白一点，核聚变发生有很重要的两个前提，一是恒星内部温度压力足够高，而是压力也不能太高，不然整颗恒星就会快速向坍缩，也就是说，核聚变产生的向外推力需要与恒星本身产生向外万有引力达到一种平衡！

这种严格的要求也说明了为什么恒星有最小和最大质量员要求，质量太小就形成不了恒星，因为内部温度压力达不到，比如说木星。质量太大也不行，因为万有引力太大，肯定会向内塌陷！

正是因为恒星的质量有限制，造成了核聚变并不能一直持续下去，通常情况下聚变到铁元素就停止了。

而一旦没有了核聚变，核聚变与万有引力之间的平衡就被打破了，万有引力就开始占据主导地位，整颗恒星开始急剧向内塌陷，造成的结果是温度压力等极速上升，到了一个临界值发生猛烈的爆炸，一颗超新星诞生了！

超新星爆炸瞬间产生的能量是超乎想象的，亮度极高，甚至能超过整个星系的亮度。同时，爆炸的瞬间由于温度压力非常高，铁元素也不得不开始聚合在一起，最后形成了我们常见的重元素，随着超新星的爆炸喷发到宇宙空间！

不过只有质量较大的恒星才会最终形成超新星，而向太阳这么大小的恒星不会形成超新星，最后只能形成白矮星！超新星爆发的结果除了形成更重的元素，留下的内核就是中子星或者黑洞！

宇宙探索

重元素主要依靠新星和超新星事件来合成。

恒星核合成

恒星形成之后，就开始在其高热高密度的核心当中将轻元素聚合为重元素，并在此过程中释放能量，这个过程被称为恒星核合成。此类聚合过程会产生许多较轻的元素，其包括铁和镍（镍才是具有最高绑定能的元素，以前引用的资料可能有误，见下面的资料引用），当较小的恒星衰老抛射其外壳并转变为白矮星时，这些元素被喷射到太空（星际空间）中。铁、镍之前的元素应该是恒星核合成最丰富的元素。

镍-62具有任何核素的每个核子的最高平均核结合能，为8.7946 MeV/核子。它的结合能大于

铁-56和铁-58，这两种更丰富的元素经常被错误地引用为具有最高结合能的核素。虽然这个研究结论似乎应该预测镍-62应该是宇宙中最丰富的重元素，但恒星内部镍相对较高的光致分解率导致铁成为了最丰富的元素。

上图：濒临爆炸的恒星实际上像洋葱一样，一层层地进行核聚变合成，不同层的聚合物质不同。

超新星核合成

会把碳和氧聚合为从镁（原子序数12）到镍（原子序数28）之间的各种元素，只有在II型超新星事件的最后几秒内，超新星核合成才产生比铁和镍更重的元素。这些较重元素的合成在超新星爆炸过程中需要吸收能量才能生成，而且其中的一些是在爆炸的数秒钟内吸收多个中子（r-过程）而产生的。在超新星事件中形成的元素包括已知的最重元素，例如长寿命元素铀和钍。

超新星中爆炸性核合成的最有说服力的证据发生在1987年，当时从超新星1987A中发现的那些伽马射线中鉴定出了钴-56和钴-57核的γ射线，其放射性半衰期将其年龄限制在一年左右，证明它们来自于其放射性的母同位素。这种核天文观测结果在1969年就被预测出来，作为确认元素爆炸核合成的一种方法，这种预测在美国宇航局康普顿伽玛射线天文台的建设规划过程中发挥了重要作用。

爆炸性核合成的其他证据见于星尘颗粒，当它们膨胀和冷却时会在超新星内部凝结。星尘粒子是宇宙尘埃的组成部分。尤其是放射性钛-44在超新星星尘颗粒中非常丰富，会在超新星膨胀过程中凝结。这证实了1975年对超新星星尘是前太阳系星尘颗粒的组分的预测，这些颗粒中的其他同位素的异常比率揭示了超新星爆炸性核合成的许多具体方面。

上图：超新星的核合成过程

1. 恒星爆炸之前已经像洋葱一样分层了

2. 恒星内核是铁质的，但铁不能进行核聚变，因此压力骤降，上层物质涌入

3. 在1秒之中，内核塌陷为中子星，外层物质反弹形成冲击波

4. 巨量中微子从新生成的中子星喷出，推动物质冲击波向外喷发

5. 冲击波自内向外纵扫全星，将其炸开

新星事件核合成

通过“r-过程”（“r”代表“快速”），中子星合并和碰撞（新星事件）也是许多重元素产生的原因。中子星是超新星极致密的核心残余物，顾名思义，它们主要由紧密堆积的中子组成。当两颗这样高密度的中子星碰撞时，大量富含中子的物质可能会在极高温度情况下喷出，并且当喷射物开始冷却时也可能会形成重元素。例如：2017年，GW170817的合并导致在较长时间内检测到金、铂和其他重元素的大量特征光谱。

中子星碰撞被认为是r-过程元素的主要来源，因为中子星富含中子，于是顺理成章被怀疑，但确切的证据很难获得。 2017年，LIGO（美国引力波探测）、VIRGO（欧洲引力波探测）、费米伽马射线太空望远镜和INTEGRAL（伽马射线空间望远镜）以及世界各地许多天文台共同探测到的中子星碰撞的引力波和电磁特征事件GW170817以及随后的相关证据，成为了证实中子星碰撞的强有力的证据。当被喷射的物质开始冷却时，检测到了许多重元素（如金）的信号。

上图：此周期表展示了每个元素的宇宙起源。

• 蓝色-宇宙大爆炸合成
  

• 绿色-死亡的低质量恒星

• 黄色-爆炸的大型恒星

• 粉色-宇宙射线裂变

• 紫色-中子星合并

• 浅灰色-白矮星爆炸

• 深灰色-人工合成（无稳定同位素）

上图：太阳系中化学元素的丰度。 氢和氦是大爆炸最普通的标准残余物。接下来的三个元素（Li，Be，B）很少见，因为它们在大爆炸和恒星中很少合成。恒星产生的其余元素的两个总体趋势是：

（1）元素丰度的交替，根据它们的原子数是偶数还是奇数，以及

（2）随着元素变重，总体上丰度递减。 在这个趋势中，铁和镍处有两个峰值。

關鍵字: 原子核 宇宙 中子