核聚变的魔力和超新星的形成。这是怎么发生的

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恒星不断地在试图压缩恒星的引力和试图使恒星膨胀的内热之间进行斗争。大多数时候，这两种力量处于不断的冲突之中。

对于像太阳这样的恒星来说，平衡在暮年会被打破。在短暂而令人愉快的时刻，它膨胀……然后脱落其外层，只留下一个被重力压缩的核心——一颗白矮星。

但更大质量的恒星结束生命的方式却截然不同。当死亡来临的时候，他们会放烟花。非常非常大的烟花。

恒星内部的融合

在恒星的核心，压力和温度非常高，以至于原子核被压缩和融合。这个过程释放能量并产生更重的元素。

在核聚变中，熔化每个连续元素通常需要更高的温度和压力。

质量较小的恒星，例如太阳，会停止在碳上。一旦开始积累，恒星的命运就被注定了。

但如果恒星的质量约为太阳质量的8倍，其核心温度可达到超过5亿度，然后碳开始熔化。实际上没那么简单，但最终碳会变成氖、镁和一些钠。

这些元素会积累并进一步加热核心。当温度达到约十亿度时，氖气开始熔化。

当氖气熔化时，会形成更多的镁以及一些氧气。它们也在核心中积累，核心收缩并加热至15亿度，然后氧融合形成硅。然后，温度会不断累积，直至温度达到约 2-30 亿度，此时硅也开始熔化。

除其他外，硅合金还可以产生铁。这就是问题所在。一个很大的问题。一旦恒星中出现铁，恒星就会变成炸弹。定时炸弹。

高质量恒星

但在我们继续之前，让我们先退后一步。恒星的外层会发生什么？如果我们在附近，我们会看到什么？

如果一颗恒星诞生时质量很大，那么它的一生都是一颗蓝色主序星。这样的星星非常明亮，在很远的地方就可以看到。

然而，当一颗大质量恒星停止产生氢时，它就会发生变化。它的核心合同，开始生产氦气。恒星膨胀，但它并没有变成红巨星，而是产生了如此多的能量，以至于变成了红超巨星。

这些都是令人难以置信的巨大恒星，有些直径超过十亿公里！它们会发光。例如，参宿四是一颗红超巨星，也是我们天空中最亮的恒星之一。但与直径达 20 亿公里的最大恒星之一大犬座 VY 相比，这根本不算什么。

这类恒星有一个专门的术语——超巨星。

当核心从一种聚变反应切换到另一种聚变反应时，外层会通过收缩和膨胀进行反应，从而使红超巨星收缩并变成蓝超巨星。

参宿七是猎户座的一颗恒星，是一颗蓝色超巨星，产生的能量是太阳的 100,000 倍。

铁合金

但让我们回到正题。这颗恒星现在看起来像一个有多层的洋葱：铁积聚在中心，周围是熔化的硅。外面是一层熔化的氧气，然后是氖气，然后是碳，然后是氦气，最后是氢气。

你可能认为大质量恒星由于拥有更多燃料而会持续更长时间。但问题是，这些怪物的核心要热得多，那里的元素融化得更剧烈，燃料消耗得更快。

像太阳这样的恒星可能需要超过 100 亿年的时间才能将氢转化为氦。但一颗质量是其两倍的恒星将在 20 亿年内耗尽氢。一颗质量是太阳八倍的恒星将在短短一亿年左右的时间内耗尽氢。

而且合并过程中的每一步都比前一步发生得更快。例如，对于一颗质量为 20 个太阳的恒星来说，氦的合成将持续约一百万年，碳的合成将持续约一千年，而氖的合成将在一年内耗尽其所有燃料！氧气只能维持几个月。

硅很快就会耗尽——大约一天之内。是的，是的，就在地球上的一天之内！

恒星生命的绝大多数时间都花在氢的合成上，其余的时间几乎就在眨眼之间发生。

硅与许多不同的元素形成合金，包括铁。这些铁积聚在核心中，就像之前所有其他元素一样，并且以同样的方式，铁核心收缩并升温。

然后就开始了……嘭！！！

核聚变的所有先前阶段都会产生能量。这种能量转化为热量，这有助于维持令人心碎的恒星质量。

但铁则是另一回事。当它合并时，它实际上吸收能量而不是创造能量。它没有为恒星提供能量，而是将其带走。这会加速收缩，压缩核心并进一步加热它。

但更糟糕的是，在这样的温度和压力下，铁核吸收了四处奔波的电子，这也有助于维持恒星的稳定性。这是双重打击，因为恒星的两种主要支撑手段都在瞬间消失——硅与铁的融合发生得如此之快，实际上只需要几分之一秒的时间。

这位明星简直被打倒了。它不再收缩，而是崩溃。

核心的重力如此之强，以至于外层以光速的很大一部分塌陷到内部部分上。一切都向内塌陷，体积在一瞬间缩小！

然后一切都崩溃了。

此时，会发生以下两种情况之一：如果恒星的质量小于 20 个太阳，它就会形成一颗中子星，如果更大，则坍缩继续。引力变得如此强大，以至于连光都无法对抗它。瞧，另一个黑洞诞生了！

但当核心崩溃并突然停止时会发生什么？

恒星的核心，无论是中子星还是黑洞，都极其微小，引力却极其强大。它把恒星的所有物质都吸引到自己身上。这种材料以惊人的速度下落，并被强烈压缩，并剧烈升温。

与此同时，核心中正在发生两件独特的事情。当材料落入其中时，核心塌陷产生的巨大冲击波向外移动并撞击进入的材料。爆炸的能量是如此疯狂，以至于它大大减慢了下落物质的速度。

第二个是发生在原子核中的复杂量子物理，产生大量称为中微子的亚原子粒子。这些小粒子携带的总能量几乎是无法想象的——在不到一秒的时间里，它们携带的能量比太阳一生中产生的能量多 100 倍！这是一个疯狂的能量。

但最有趣的是，这些灵活的小东西实际上难以捉摸，几乎不与普通物质相互作用——一个中微子可以穿过数万亿公里的致密物质，甚至不会被注意到。

但当核心塌陷时，会产生大量中微子，而落到核心上的物质又非常致密，以至于大量中微子被该物质吸收。

巨大的中微子波撞击迎面而来的物质，就像高速火车撞上一块热黄油一样。材料停止下落，改变方向并破裂。

星星爆炸了。

超新星遗迹

它被称为超新星，是宇宙中最可怕但最壮观的事件之一。一颗巨大的恒星将自身撕裂，膨胀的气体以接近光速的速度喷出。

释放的能量是如此之大，以至于可以在半个宇宙中看到。超新星爆炸发出的光芒使银河系中的所有恒星都黯然失色。

这种膨胀的物质被称为超新星遗迹，会形成奇妙的形状。最著名的是蟹状星云，它是由一颗于 1054 年爆炸的恒星形成的。

随着遗迹的生长和老化，它们变得越来越稀疏。其中一些在穿透恒星之间的物质时具有清晰的边缘。

是否有恒星在超新星爆发时会对我们造成伤害？

最简洁的答案是不。尽管超新星是极其强大的现象，但空间却是巨大的。

超新星距离我们至少有 100 光年才能经历任何负面影响。

能够以这种方式爆炸的最近恒星是室女座的角宿一恒星。但这颗恒星处于超新星爆发的最低质量极限，有可能根本不会爆炸。

参宿四当然可以，但它距离太远，不会对地球造成任何伤害。