恒星核聚变到铁元素就停了,那么比铁更重要的元素来自哪里?

2022年06月26日01:24:02 科学 1189

根据现有主流理论,我们的宇宙起源于一次大爆炸,138亿年前的大爆炸产生了宇宙万物,在宇宙诞生之初,只有两种元素,而且大部分都是氢元素,还有一部分氦元素。而如今我们的世界有一百多种元素(加上人工合成的)。如此众多的元素到底是怎么来的呢?

恒星,堪称元素合成的“工厂”,恒星核心一直在进行着核聚变,而别铁更轻的元素都是通过恒星核聚变产生的。

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那么比铁更重的元素是如何产生的呢?

首先我们了解一下恒星是如何制造元素的。拿我们的太阳为例,太阳质量达到地球质量的33万倍,核心温度高达1500万度,压力也非常大。

但即使这样恐怖的环境也难以进行核聚变,也就是说,太阳自身硬条件本不会发生核聚变。但是如今的太阳确实在进行核聚变,这到底是怎么回事呢?

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这多亏了量子力学中的量子隧穿效应。可以这么通俗理解这个效应:本来需要更多的能量才能发生的事情,但在微观世界即使能量不够也有很小的概率发生。

这就像我们翻越一座山,需要爬到山顶,但在微观世界就不需要了,有一定概率直接穿越到山的另一边。

虽然发生量子隧穿效应的几率很小,但由于太阳的质量很大,微观粒子不计其数,在庞大的基数面前,总有一些粒子会突破能量限制发生核聚变。也正因为如此,太阳核聚变的速度才比较缓慢,否则很快就燃烧完了。

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氢元素核聚变成为氦元素,只要恒星的质量足够大,核聚变就可以一直进行下去,结果就像洋葱一样,最核心部分是更重的元素,最外层是氢元素。

但是,恒星核聚变到铁元素就戛然而止了,这是为什么呢?

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简单说,因为铁元素最稳定,铁元素的比结合能最大,通俗理解就是:把铁原子核掰开需要更大的能量。

也就是说,要想让铁继续聚变,就需要更大的能量输入,所以结果就是别的元素核聚变产生能量,而铁元素聚变不但不释放能量,反而需要吸收能量。一般的恒星是达不到这个条件的。

需要更猛烈的宇宙事件,才能让铁元素继续聚变成更重的元素,比如说超新星爆发

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在大质量恒星(通常是太阳质量的3倍以上)死亡的过程中,没有了核聚变来对抗向内的引力,恒星物质开始急剧向内坍缩,恒星核心温度和压力迅速上升,外层物质不断撞击恒星核心。

到了一定临界点,在足够高的温度和压力条件下,有足够多的能量让铁元素继续聚变下去。聚变产生的巨大力量,加上外层物质撞击内核产生的反作用力,让死亡的恒星发生剧烈爆炸,外层物质被抛洒到浩瀚星际空间。

这就是超新星爆发!

超新星爆发堪称宇宙大爆炸以来最猛烈的大事件,也由此产生了比铁更重的元素,比如说如今我们经常看到的金银等元素。而抛洒到星际空间的恒星物质成为下一代恒星行星的原材料。

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超新星爆发并不是产生重元素的唯一方式,还有比如说中子星碰撞,也能产生重元素!

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