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恒星核聚变到铁元素就戛然而止了,比铁更重的元素如何产生的?

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恒星核聚变到铁元素之后,宣告恒星的死亡,但核聚变还有机会继续下去,只不过此时的聚变不但不会释放能量,反而要吸收能量才能进行下去。



我们传统认为,恒星核聚变会释放能量,发光发热,所以一旦不能释放能量,就宣告恒星的末日来临了,此时的恒星已经不能叫作“恒星”,而会以另外一种形式存在。

为什么不能释放能量,就会宣告恒星死亡呢?



因为一旦不能释放能量,恒星内部的力量平衡就会被彻底打破,没有了核聚变产生的外推力与重力抗衡,恒星自身的重力会彻底占据上风,恒星物质开始急剧向内坍缩,最后演化为另一种形态,比如说白矮星,中子星,甚至黑洞。



这里有一个问题,为什么铁元素之后的聚变吸收能量,而不会释放能量呢?

简单说,因为铁元素最稳定,用科学术语就是,铁元素的比结合能最高。



何为比结合能。先了解一下结合能。我们都知道,原子核通过强大的强核力把核子结合在一起,如果想要把核子分开或者组合原子核时,就需要能量,而且是强大的能量。这种能量就是结合能。

原子核里的核子数越多,结合能就会越高。而比节能就是结合能与核子数的比值,结合能与比结合能之间的关系类似GDP与平均GDP。

一个元素的稳定性并不是看结合能,而是看比结合能,比结合能越高,元素就越稳定。通俗来讲,如果想往最稳定的铁原子核里塞进更多的核子,就会非常困难,需要极大的能量才行,也就是说铁元素想要聚变成更重的元素,一定要吸收能量。



其实从爱因斯坦的质能方程也能很好地解释,铁元素之前的核聚变都会损失质量,损失质量意味着释放能量。但是比铁更重的元素在聚变时质量会增加,也就意味着吸收能量。

说了这么多,比铁更重的元素到底是如何产生的呢?

刚才说了,恒星核聚变到铁元素之后,就意味着恒星末日来临。由于没有了核聚变产生的外推力,恒星在自身重力作用下开始彻底失去控制,发了疯似地向内急剧坍缩。



恒星物质不断向内聚集,持续不断地撞击恒星内核,带来了巨大能量,也产生了难以想象的高温高压。能量大到足以让铁元素继续聚变下去,聚变成各种重元素。

最终,经过漫长时间演化,死亡之后的恒星只剩下致密的内核,外层物质抛洒到浩瀚星际空间,主要以轻元素为主,这些元素会成为下一代恒星行星的原材料,而新的恒星诞生之后,又会开始有一个轮回,宇宙就按照这种方式不断轮回,如今我们的太阳被认为是第三代恒星。



根据恒星质量的不同,恒星在死亡之后也会走向不同的演化之路。比如说我们的太阳,由于质量较小,最终连铁元素都聚变不了,只能到碳和氧元素就停止了,最终太阳会演化为白矮星。

而更大质量的恒星在死亡的过程中会急剧向内坍缩,然后形成猛烈的超新星爆发,最终留下致密的内核,最终成为中子星或者黑洞。



超新星爆发是宇宙诞生以来最猛烈的爆发,仅次于宇宙大爆炸,短短几秒钟就能释放出超级能量,甚至超过了太阳100亿年释放能量总和的100倍!

所以,超新星爆发堪称宇宙中的超级熔炉,比铁更重的元素几乎都是通过这种爆发产生的,比如今天我们佩戴的金银首饰,本质上都是亿万年前通过某种超级猛烈的爆炸瞬间产生的!



总之,铁元素堪称恒星的“超级杀手”,它的到来宣告恒星的死亡。但恒星的死亡同时也是另一种新生的开始,超新星爆发不但产生了大量重元素,更是把所有的元素抛洒到浩瀚星际空间,经过漫长时间演化,丰富多彩的世界才得以呈现。

所以,我们不但要感谢恒星的照耀,它不断提供我们光和热。同时更要感谢恒星的死亡,恒星死亡过程带来了更加丰富多彩的世界,也是生命诞生的前提条件!

宇宙就是如此奇妙,任何形式的死亡,其实也都宣告了某种新生的开始!

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