當家方知柴米貴

恆星核聚變到鐵的原因，是因為鐵原子核裡質子之間、中子之間、以及質子和中子之間的結合能是所有原子核中最大的，也就是說比鐵原子核小的原子核，每增加一個質子或中子都是釋放能量的，聚變到鐵原子核之後，每增加一個質子或中子，都需要吸收能量。那麼想生成比鐵重的元素，也就是比鐵原子核重的原子核，就需要外界輸入大量能量。

之前認為這些重元素都來自於紅巨星和超新星爆發，實際上通過核物理計算發現，小質量恆星的紅巨星階段原子核俘獲中子是大部分碳和氮以及小部分較重原子核的來源（圖中綠色部分），而大質量恆星的超新星爆發階段的原子核俘獲中子是大部分較輕元素的來源（圖中黃色部分），剩下的部分來自白矮星爆發（圖中銀灰色部分）。

但核物理的計算同時發現，以上過程不會產生那些較重的放射性元素的原子核，宇宙中只有中子星合併這種罕見的高能事件才能生成這些原子核（圖中紫色部分）。由於中子星合併一直沒有直接的觀測結果，直到去年這還只是一個假說，但是去年夏天LIGO觀測到的引力波事件GW170817，直接證明了中子星合併事件的存在，為這個問題畫上了圓滿的句號。

九維空間

說出來你可能不信，我們常見的金、銀、銅等重金屬，都來源於超新星爆發！

鐵，以及鐵之前的元素，例如碳、氧、鈣等元素，都來源於恆星的核聚變，在這個過程中，原子序數低的元素會結合稱原子序數高的元素，同時產生能量。比如氫就可以結合成氦，同時產生能量。

但這個過程並不能一直持續下去，一旦元素的序數超過了鐵，核聚變就無法產生能量了。相反的，反而會吸收能量。一個反應如果吸收能量，只要沒有外界的能量輸入，那就是無法持續的。

所以鐵之後的元素都不是靠核聚變產生的，它們，靠的是超新星爆發。

超新星爆發的主要能量，通常來自於引力。恆星自身的核反應無法支撐自己的質量之後，就會開始坍縮。同時引力勢能轉化為巨大的熱能，引發超新星爆發。

在這個過程中，吸熱的核聚變得以發生，從而產生了我們今天熟悉的銅、金等重金屬。

章彥博

宇宙中一切元素，除了氫元素是宇宙最元初的元素外，其他元素都是來源於恆星活動。最初，宇宙中只有氫元素，大量氫元素聚集成恆星，恆星內部進行熱核反應。至於能創造什麼元素，這與恆星質量有關。像太陽這樣的恆星，當前，內部不斷髮生核聚變，在無比強大的壓力和無比高的溫度下，兩個氫原子聚變成一個氦原子，虧損的質量以光子形式釋放，這就是陽光的來源。當氫元素耗盡後，由於內部極高溫度和壓力，氦原子會聚變成氧原子，碳原子，氮原子等其他原子，越到太陽內部，原子質量越大。但是，太陽由於受到本身質量限制，它的壓力最多能讓聚變生成鐵，最終，太陽會變成一顆白矮星。如果恆星質量大於太陽1.44倍，也可以像太陽那樣逐級聚變成鐵元素。但由於質量大，壓力也大，，恆星內核受到的壓力無比想象的大，以至於連核外電子都被壓進原子核，與質子湮滅成為中子，這樣，最後得到的就是一顆中子星。我們夜晚天空中最亮的那顆星，天狼星，就是一顆中子星。如果恆星質量大於太陽2.4倍，這顆恆星最後階段，會由於超級壓力與輻射力的嚴重失衡導致恆星爆炸，這就是超新星爆發，在超新星爆發過程中，巨大壓力就會讓不同元素間合併成其他更重的元素，這就產生了原子量大於鐵的元素，像金銀銅等重元素都是在超新星爆發中產生的，讓後這些元素再通過其他途徑聚集到行星上。如果恆星質量更大，那最後就形成黑洞。

突然的自我164281476

鐵元素的確是核聚變與核裂變的分界線。比鐵小的元素可以通過核聚變產生更大元素同時釋放能量，這些能量能夠維持住元素核聚變的環境，不斷的進行新一輪的核聚變產生新的更大的元素。然後到了核聚變形成鐵元素的時候就不再是釋放能量而且吸收能量了。這就會破壞核聚變的環境導致無法繼續核聚變反應！但是注意，這裡的無法繼續不是指靜態的無法繼續反應，而是一種動態的平衡。局部可能會達到繼續核聚變的反應條件產生大於鐵的元素，但是同時又會發生核裂變釋放能量，最終達到動態的平衡穩定成了鐵元素。

那麼宇宙中穩定的超鐵元素哪裡來的？這就是另一種方式了。自由中子可以衰變變成質子和電子。而一些大的恆星發展後期會成為中子星釋放一些自由的中子。鐵元素俘獲自由中子達到新的平衡（原子核的平衡），就有了超鐵元素。理論上來講這種方式在極端條件下可以形成更大的超鐵元素，各種元素都可以通過這樣的方式來形成（但是不穩定的原子核會在形成之後就極速裂變最終形成穩定的元素存在）。

我更想知道，為什麼會是鐵成為了分界線？最本質的原因是什麼呢？有人解惑嗎？

宇宙狂想

氫氦鋰鈹硼，碳氮氧氟氖，鈉鎂鋁硅磷……”對於大多數人而言，化學“元素週期表”肯定不陌生。然而，宇宙中除了氫和氦之外，其他重元素是如何形成的卻還是一個未解之謎。

目前科學界普遍認為，一些重元素由氫與氦通過恆星內部核聚變反應產生。而恆星爆發成為超新星之後，又形成了另外一些重元素。然而，最近發表在《物理評論快報》上的一項新理論模型表明，微型黑洞從其內部毀滅中子星，可能也會製造出重元素，其中包括貴重的黃金。除此之外，對於重元素的來源還有一些其他推測。

重元素誕生於超新星爆發

大質量恆星核心核聚變產生了鐵及其之前的重元素之後，恆星會劇烈坍縮形成超新星爆發，恆星中的鐵元素在高溫高壓下，與自由中子、電子、質子等發生反應，產生鈾之前的所有重元素。

目前科學界主流觀點認為，在宇宙大爆炸之後的一段時期內，空間中充滿了氫和氦這樣最常見的輕元素，而宇宙中的一部分重元素來自於恆星內部的核聚變。

科學家指出，在極高的溫度和壓力下原子核外的電子可以擺脫原子核的束縛，使得兩個原子核能夠互相吸引而碰撞到一起，發生原子核聚合作用，生成新的質量更重的原子核。這就是所謂的核聚變。而鐵以前的重元素就都是在恆星的核心，靠核聚變產生的。

恆星誕生初期能量全部來源於氫聚變成氦。恆星對抗自身引力坍縮的能量來源就是聚變。當大質量的恆星上的氫燃燒完之後，會在自身引力作用下發生坍縮，這一過程會使得核心溫度和壓力大幅升高，然後達到發生氦聚變的條件，生成碳和氧。當氦逐漸消耗，恆星又開始坍縮，溫度和壓力進一步升高，碳、氧就聚變生成硅。然後同理，硅聚變生成鐵，由於鐵聚變產生的能量得不償失，於是聚變的鏈條到鐵就停止了。此時恆星最外到最裡層依次是氫、氦、碳、硅、鐵。

但恆星的演化到了這步並沒有完全停止。由於恆星的高溫不足以“烹調”出鐵以後的元素，如銅、鎳、鋅、鈾等。要想促使這些重元素的誕生，就需要一個更大的熔爐，即超新星爆發。

科學家指出，大質量恆星在產生鐵核心之後，由於聚變反應的停止，核心會發生劇烈的引力坍縮，形成超新星爆發，鐵元素會在極高的溫度和壓力下，與自由中子、自由電子、質子及其他原子核發生反應，產生出92號元素鈾之前的所有重元素，並隨著超新星爆發將它們擴散到宇宙空間中去。

兩顆中子星發生碰撞，一部分物質會被拋入太空，這些物質中富含中子，很多中子射向“種子核子”，這樣便會形成原子量越來越大的元素。

雖然大多數科學家認為，從鐵到鈾，自然界穩定存在的重元素中有約半數是大質量恆星在生命終結階段發生超新星爆發時生成的。但也有科學家給出了不同的可能性，他們指出，這些重元素的起源可能是一種更加狂暴而罕見的機制——密度超高的中子星之間發生的相撞。

中子星是恆星衰亡併發生超新星爆發之後殘留的遺骸，其密度極高。直徑數百公里的一顆中子星，質量可以和太陽一樣甚至更高。在地球上，如果你拿著一勺中子星物質，那麼這一勺子物質的重量將達到50億噸。

儘管絕大部分中子星都孑然一身，但也會有兩顆中子星組成雙星系統，它們可以在一起相互繞轉數十億年，但是在這一過程中會逐漸相互靠近，直到有一天，這兩顆中子星終於陷入毀滅性的相撞。

美國哈佛史密松天體物理中心的科學家艾多·貝格說，這時候兩顆中子星的絕大部分物質會發生進一步坍縮，形成黑洞，而另外一部分物質會被拋入太空。這些物質中富含中子，這樣便會形成原子量越來越大的元素。美國加州大學伯克利分校天體物理學家丹尼爾·卡森解釋說，你需要很多中子並將它們射向那些“種子核子”，才能合成那麼重的元素，比如金、鉛，或者鉑。這就像是汽車擋泥板上不斷累積的泥漿一樣。

科學家得出這一結論，緣於一次伽馬射線暴。這次伽馬射線暴距離地球約39億光年，雖然持續時間不到0.2秒，但其紅外線餘暉卻持續數天時間。科學家將觀測的結果與理論模型進行對比之後，得出結論認為這是大量重金屬元素形成之後產生的放射性輝光，而這些重元素是在一次中子星的撞擊事件中產生的。

卡森對這次碰撞做了粗略的估算，認為這次事件中約產生了相當於20倍地球質量的黃金。這一數量的黃金足以裝滿100萬億個油桶。而且這次撞擊事件中所產生的鉑金數量甚至比產生的黃金還多7倍。

此外，科學家還在一個矮星系——網罟座二號9個最亮的恆星中發現了7個包含許多重元素的恆星，這比任何矮星系上發現的都要多。科學家表示，這些恆星上的重元素比其他相似星系上觀察到的多了近100倍。而在一個矮星系上發現這麼多重元素證明了網罟座一定發生過比超新星爆發還要罕見的事件，比如中子星撞擊，因為大多數超新星爆發產生的重元素也遠遠達不到網罟座上那些重元素的驚人數量。

黑洞毀滅中子星成為重元素來源

原生黑洞從內部消耗中子星，使中子星收縮自轉變快，最終導致一些部分甩離本體，這些富含中子的分離部分，很可能就是重元素的來源。

還有研究人員猜測，宇宙中的重元素（如金、銀、鉑和鈾）可能是早期宇宙誕生時在黑洞的幫助下形成的。

在宇宙大爆炸時，其異乎尋常的力量會把一些物質擠壓得非常緊密，形成了“原生黑洞”。這種黑洞並不是由恆星坍縮而形成的。理論上，原生黑洞比普通黑洞更小，甚至小到肉眼無法看到。

在這項最新研究中，研究人員認為原生黑洞會與中子星發生碰撞，中子星幾乎完全是由中子構成，並且非常密集，原生黑洞將沉入中子星中心區域，從其內部吞噬它們。美國加州大學洛杉磯分校理論物理學家亞歷山大·庫先科認為，當這種情況發生時，黑洞會從內部不斷消耗掉中子星，這個過程可能會持續1萬年左右。之後，中子星隨著自身的收縮，自轉會變得越來越快，最終導致一些小的部分被甩離本體。而這些富含中子的分離部分，很可能就是重元素的來源。

然而，庫先科同時表示，中子星捕獲黑洞的可能性非常低，這種低概率與只有少量星系富含重元素的觀察結果一致。形成於宇宙早期的黑洞與中子星相撞產生重元素的理論也解釋了銀河系中心區域中子星數量稀少的問題。據瞭解，今年晚些時候，庫先科和同事們將與普林斯頓大學的科學家合作，對“中子星—黑洞”相互作用產生重元素的過程進行計算機模擬，並希望能通過將模擬結果與臨近星系中重元素的觀測結果進行比較，來判斷地球上存在的金、鉑和鈾是否來源於早期宇宙中的黑洞​​​

隕石世界科普

來一個不同的聲音吧，供大家一起探討。其實宇宙中的所有元素在大爆炸時就全部形成了。這裡邊有一個元素宇宙丰度的問題。

元素起源理論是在元素宇宙丰度的測定、現代核結構理論和宇宙起源理論的基礎上逐步完善起來的。首先可以肯定的是在恆星內可以形成氦元素，到鐵元素停止，再接著超新星內可以形成重元素然後通過爆炸釋放出來。

宇宙氦元素丰度帶來的疑惑。在各種不同天體上，氦丰度相當大，而且大都是30％。用恆星核反應機制不足以說明為什麼有如此多的氦，重元素也是這樣。如果說所有重元素來自超新星爆發。那麼意味著穩定的恆星系統內行星上的重型元素都來自於星系外了？例如地球。再深一步探討那是不是意味著第一代恆星系統內沒有重元素存在？因為沒有超新星爆發阿。

所以，重元素的產生不單單是來自於超新星的爆炸，而在宇宙誕生之初所有的元素就都已經形成了。這就解釋了元素丰度的問題。

個人觀點大家一起探討哈 勿噴勿噴

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如題目所言，鐵是恆星熱核聚變所能夠合成的最重元素，這當然是對於大質量恆星而言。像太陽這種質量的恆星，當生命終結時，只能從氫到氦，再聚變到碳為止，最終的碳核不會繼續聚變。但更大質量的恆星在氫氦燃燒殆盡時，還可以繼續燃燒碳核，產生更重的元素鈉，鎂等，一直到鐵元素。

而鐵的原子核的集合能是最大的，所以恆星聚變到鐵的階段，就不可能繼續燃燒了。這時就不再有核聚變反應的張力來對抗恆星巨大的引力，大質量恆星中心的鐵核就開始加速坍縮，劇烈的坍縮出現後，恆星外層的物質也會向內墜落，在這個時候就出現了超新星爆發。恆星的外殼會在超新星爆發中被拋射向宇宙，而中心的內核會以中子星或者黑洞的形式存在。

超新星大爆炸的極端高溫高壓狀態，就會合成出被鐵更重的元素，例如黃金等重金屬元素，從而拋向太空，這些超新星的各種拋射物可能成為新一代恆星系的原料，形成新的恆星系統就像我們現在的太陽，地球以及生命。

量子實驗室

答：比鐵重的原子，可以經歷超新星等其他方式生成。

原子平均核子質量中，鐵的平均核子質量是最低的。

意味著鐵-56是最穩定的原子：

（1）比鐵小的原子可以發生聚變，同時放出巨大的能量；

（2）比鐵大的原子，可以發生裂變，也會放出巨大的能量；

（3）但是鐵原子發生融合生成更重的原子時，就會吸收大量的能量；

恆星形成與演化理論指出，鐵原子的聚合反應需要60億度以上的高溫，而恆星內部最高也只有幾億度，所以恆星內部的溫度，不足以讓鐵原子發生聚合反應，恆星內部的核聚變到鐵為止。

但是，大質量恆星在演化末期，有可能發生超新星爆炸，超新星爆炸的瞬間，在內部形成數十億度的高溫，就能達到鐵原子聚變的條件，從而生成更重的元素。

有個說法：我們每個人身體中儲存的重元素，都來源於地球形成前的某次超新星爆炸。

另外，除了超新星爆炸外，中子星合併等等劇烈的天文事件，也有可能達到鐵原子聚變的條件。

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艾伯史密斯

首先要明白一點，核聚變發生有很重要的兩個前提，一是恆星內部溫度壓力足夠高，而是壓力也不能太高，不然整顆恆星就會快速向坍縮，也就是說，核聚變產生的向外推力需要與恆星本身產生向外萬有引力達到一種平衡！

這種嚴格的要求也說明了為什麼恆星有最小和最大質量員要求，質量太小就形成不了恆星，因為內部溫度壓力達不到，比如說木星。質量太大也不行，因為萬有引力太大，肯定會向內塌陷！

正是因為恆星的質量有限制，造成了核聚變並不能一直持續下去，通常情況下聚變到鐵元素就停止了。

而一旦沒有了核聚變，核聚變與萬有引力之間的平衡就被打破了，萬有引力就開始佔據主導地位，整顆恆星開始急劇向內塌陷，造成的結果是溫度壓力等極速上升，到了一個臨界值發生猛烈的爆炸，一顆超新星誕生了！

超新星爆炸瞬間產生的能量是超乎想象的，亮度極高，甚至能超過整個星系的亮度。同時，爆炸的瞬間由於溫度壓力非常高，鐵元素也不得不開始聚合在一起，最後形成了我們常見的重元素，隨著超新星的爆炸噴發到宇宙空間！

不過只有質量較大的恆星才會最終形成超新星，而向太陽這麼大小的恆星不會形成超新星，最後只能形成白矮星！超新星爆發的結果除了形成更重的元素，留下的內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來合成。

恆星核合成

恆星形成之後，就開始在其高熱高密度的核心當中將輕元素聚合為重元素，並在此過程中釋放能量，這個過程被稱為恆星核合成。此類聚合過程會產生許多較輕的元素，其包括鐵和鎳（鎳才是具有最高綁定能的元素，以前引用的資料可能有誤，見下面的資料引用），當較小的恆星衰老拋射其外殼並轉變為白矮星時，這些元素被噴射到太空（星際空間）中。鐵、鎳之前的元素應該是恆星核合成最豐富的元素。

鎳-62具有任何核素的每個核子的最高平均核結合能，為8.7946 MeV/核子。它的結合能大於

鐵-56和鐵-58，這兩種更豐富的元素經常被錯誤地引用為具有最高結合能的核素。雖然這個研究結論似乎應該預測鎳-62應該是宇宙中最豐富的重元素，但恆星內部鎳相對較高的光致分解率導致鐵成為了最豐富的元素。

上圖：瀕臨爆炸的恆星實際上像洋蔥一樣，一層層地進行核聚變合成，不同層的聚合物質不同。

超新星核合成

會把碳和氧聚合為從鎂（原子序數12）到鎳（原子序數28）之間的各種元素，只有在II型超新星事件的最後幾秒內，超新星核合成才產生比鐵和鎳更重的元素。這些較重元素的合成在超新星爆炸過程中需要吸收能量才能生成，而且其中的一些是在爆炸的數秒鐘內吸收多箇中子（r-過程）而產生的。在超新星事件中形成的元素包括已知的最重元素，例如長壽命元素鈾和釷。

超新星中爆炸性核合成的最有說服力的證據發生在1987年，當時從超新星1987A中發現的那些伽馬射線中鑑定出了鈷-56和鈷-57核的γ射線，其放射性半衰期將其年齡限制在一年左右，證明它們來自於其放射性的母同位素。這種核天文觀測結果在1969年就被預測出來，作為確認元素爆炸核合成的一種方法，這種預測在美國宇航局康普頓伽瑪射線天文臺的建設規劃過程中發揮了重要作用。

爆炸性核合成的其他證據見於星塵顆粒，當它們膨脹和冷卻時會在超新星內部凝結。星塵粒子是宇宙塵埃的組成部分。尤其是放射性鈦-44在超新星星塵顆粒中非常豐富，會在超新星膨脹過程中凝結。這證實了1975年對超新星星塵是前太陽系星塵顆粒的組分的預測，這些顆粒中的其他同位素的異常比率揭示了超新星爆炸性核合成的許多具體方面。

上圖：超新星的核合成過程

1. 恆星爆炸之前已經像洋蔥一樣分層了

2. 恆星內核是鐵質的，但鐵不能進行核聚變，因此壓力驟降，上層物質湧入

3. 在1秒之中，內核塌陷為中子星，外層物質反彈形成衝擊波

4. 巨量中微子從新生成的中子星噴出，推動物質衝擊波向外噴發

5. 衝擊波自內向外縱掃全星，將其炸開

新星事件核合成

通過“r-過程”（“r”代表“快速”），中子星合併和碰撞（新星事件）也是許多重元素產生的原因。中子星是超新星極致密的核心殘餘物，顧名思義，它們主要由緊密堆積的中子組成。當兩顆這樣高密度的中子星碰撞時，大量富含中子的物質可能會在極高溫度情況下噴出，並且當噴射物開始冷卻時也可能會形成重元素。例如：2017年，GW170817的合併導致在較長時間內檢測到金、鉑和其他重元素的大量特徵光譜。

中子星碰撞被認為是r-過程元素的主要來源，因為中子星富含中子，於是順理成章被懷疑，但確切的證據很難獲得。 2017年，LIGO（美國引力波探測）、VIRGO（歐洲引力波探測）、費米伽馬射線太空望遠鏡和INTEGRAL（伽馬射線空間望遠鏡）以及世界各地許多天文臺共同探測到的中子星碰撞的引力波和電磁特徵事件GW170817以及隨後的相關證據，成為了證實中子星碰撞的強有力的證據。當被噴射的物質開始冷卻時，檢測到了許多重元素（如金）的信號。

上圖：此週期表展示了每個元素的宇宙起源。

• 藍色-宇宙大爆炸合成
  

• 綠色-死亡的低質量恆星

• 黃色-爆炸的大型恆星

• 粉色-宇宙射線裂變

• 紫色-中子星合併

• 淺灰色-白矮星爆炸

• 深灰色-人工合成（無穩定同位素）

上圖：太陽系中化學元素的丰度。 氫和氦是大爆炸最普通的標準殘餘物。接下來的三個元素（Li，Be，B）很少見，因為它們在大爆炸和恆星中很少合成。恆星產生的其餘元素的兩個總體趨勢是：

（1）元素丰度的交替，根據它們的原子數是偶數還是奇數，以及

（2）隨著元素變重，總體上丰度遞減。 在這個趨勢中，鐵和鎳處有兩個峰值。

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