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1 # 二維太陽
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2 # 火星一號
首先,要指出一個錯誤,恆星內部的核聚變反應生成鐵之後,鐵並不會停止核聚變反應。事實上,鐵還會進一步進行核聚變反應生成鎳,它才是恆星內部透過核聚變反應所合成的最後一種元素。對於質量比太陽高8倍的大質量恆星,在核心的氫耗盡之後,堆積在核心的氦會進一步發生核聚變反應,不斷形成更重的元素——碳、氧、氖、鎂、矽等重元素,這些反應都有氦參與其中,所以又叫氦核作用。
經過一系列反應之後,鐵元素生成了。接下來鐵還會透過俘獲中子以及貝塔衰變,合成更重的鈷和鎳。
不過,這個反應持續不了多長時間,這與鐵的比結合能有關。先來看一下各種元素的比結合能:
可以看到,鐵的比結合能最高,這意味著鐵核聚變反應是一種吸熱反應,而不是像之前那些更輕元素的放熱反應。由於恆星自身會產生巨大的重力,始終存在向內坍縮的趨勢,為了維持結構穩定,核心必須透過核聚變反應產生足夠強的輻射壓來對抗重力。然而,鐵的核聚變反應會消耗能量,這就會造成恆星的核心失衡。因此,鐵的核聚變反應持續時間很短,隨後很快就會因為核心的引力坍縮而發生超新星爆發。
在超新星爆發過程中,將會釋放出大量的中子。透過快中子俘獲過程(R-過程)以及慢中子俘獲過程(S-過程),鐵原子核將大量合成重元素,一直到鈾和鈽元素。
另一方面,去年發現的雙中子星合併事件表明,宇宙中比鐵更重的元素,比如銀、鉑和金,可能大部分都是來自雙中子星的合併過程。
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3 # 松鼠老孫
恆星內部的核反應能夠穩定的進行條件是內部處於高溫高壓的狀態,原子核之間才能夠克服,因為彼此的正電荷形成的強大的勢壘,撞到一起結合成新的重核,在這個反應過程中,釋放出熱量,維持高溫(同時也對外發光,所以我們才能看到這些恆星。)我們看到的恆星(包括我們的太陽)之所以能夠穩定的存在,有強大的引力把那麼大質量的物質束縛在一起,引力的作用是向內的,也就是朝向恆星中心的。恆星核反應形成的高溫高壓,形成的強大的壓力能夠抵抗住恆星向內壓的趨勢。引力和壓力之間的平衡,才能讓核反應穩定進行,逐次形成越來越重的原子核。
在內部反應生成鐵之後,放熱反應的核合成過程就結束了。要形成更重的原子核,反應過程中就會吸收熱量。所以在這個時候內部無法提供強熱量維持恆星內部的高溫高壓。於是在仍然存在的引力作用下,巨大的恆星就坍縮了,龐大的質量迅速向內部猛烈擠壓,於是恆星開始了死亡的過程。。在這個猛烈過程裡,核心處由於受到猛烈的擠壓,形成了更重的物質,同時物質也發生了猛烈的反彈,從而把大量的已經形成的重原子核拋灑到太空中去,這個爆炸過程就是我們看到的超新星爆發。
也就是說,我們要理解恆星裡的核反應過程,要同時理解它的力學平衡狀態。核反應過程持續進行,就是恆星得以穩定存在的原因。一旦合法,因為無法持續,恆星(作為主序星)的壽命也就結束了。
當然,在核反應穩定的進行過程中,所形成的所有的重元素,仍然是累積在恆星內部的。只有在恆星死亡過程中,透過猛烈的爆發,才能把這些重元素拋灑到太空的星雲中去,也就是增加宇宙星雲裡的重元素成分。這些成分形成了新的恆星,行星,甚至我們自己。
所以從重元素成分的分析,我們可以知道,太陽應該是第二代甚至第三代恆星。我們之所以能夠存在於地球上,說明我們和地球都是恆星燃燒爆炸之後的產物。在很久很久很久很久以前,我們都曾經聚集在某一顆恆星的中心。
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4 # 螞蟻科學
鐵之後的物質也可以形成,但並不容易。
先上答案:鐵元素之後的元素可以由超大質量恆星形成,再往後的元素比如鈾或者超鈾元素則需要超新星爆炸。 (超新星爆炸藝術圖)
有兩個知識需要普及一下:核聚變與核裂變。我儘量用簡單的人話說清楚。這兩個知識的前提是,原子元素的種類由質子數量決定。比如只有一個質子的原子無論如何都只能是氫系列的原子或粒子。只有兩個質子的原子無論如何也只能是氦。接下來開始。
核聚變:原子與原子結合形成其他的原子,這個過程滿足加法選擇,也就是說兩個氫原子可以透過聚合的方式變成一個氦原子,同時放出能量,這叫核聚變。核聚變的反應需要高溫高壓的環境,也就是說雖然核聚變反應能夠放出能量但啟動核聚變首先就需要能量。
插句話:所有的恆星上都在發生這個反應,太陽發光放熱也是這個原因,氫彈的基礎原理也是它。
核裂變:與核聚變相反,一個多質子的原子可以分裂開成多個其他的原子,同時放出能量。(這個原理和質能方程一起造出了原子彈)
一般來說,鐵之後的元素不易形成,其原因是結合能。前面說到,核聚變的開始需要能量,這個能量就是結合能,要形成質量越高的元素其需要的結合能也越高,對一般的恆星來說,他們擁有的能量只能供氫元素一路聚變至鐵就不行了。
鐵元素想要再聚變成其他更高的元素,需要非常高的能量,這是一般恆星環境所不能提供的。但萬事有意外,宇宙中總是有幾個大富豪能夠陪你玩聚合遊戲的,這就是超大質量恆星,一般來說,質量超太陽100左右的恆星就算超大質量恆星,這樣的土豪完全有足夠的資金把氫元素從一個平民一路捧至金元素這種明星,更厲害的連鈾元素也能夠做到。
在超大質量恆星的內部,由於質量太大,萬有引力也異常強大,所有的萬有引力指向恆星的內部,這導致恆星內部的壓力非常大,同時超大質量恆星由於資源豐富,能量非常巨大,這給鐵元素的繼續聚合反應提供了適宜的環境,但是聚合越往後,所需要的能量和壓力越極端。
類似鈾元素這樣的超重元素的形成,超大質量恆星一般也沒有,這就需要超新星爆炸。
超新星爆炸也來自超大質量恆星,在超大質量恆星的末年,恆星的核聚變產生的能量無法抵抗重力後,恆星會一步步坍縮,直至坍縮成黑洞,在恆星坍縮成黑洞的最後階段會發生超新星爆炸,這是宇宙中最不講道理的高能爆炸,它的能量甚至能照亮整個星系,而鐵元素之後的重元素也能夠在這次爆炸中獲得足夠的能量,再透過爆炸的巨大壓力直接聚變成超重元素,最後透過超新星爆炸被炸到宇宙各處,地球上的鐵之後的元素比如鉑,金,鈾,鈽等也來自數億年前的超新星爆炸。
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“氫氦鋰鈹硼,碳氮氧氟氖,鈉鎂鋁矽磷……”上過高中的人都被元素週期表深深的折磨過,這對於大多數人都不陌生,可是你知道嗎,鐵本應是宇宙中最重的元素了,可是因為一場爆炸,宇宙中才存在了比鐵重的元素。
大質量恆星沿著元素週期表進行核聚變,直到進行到鐵聚變為止,因為鐵聚變只吸收能量,不釋放能量,所以,等到一定程度後,恆星的核心便不能繼續支撐恆星自身龐大質量了。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、氧就聚變生成矽。然後同理,矽聚變生成鐵,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、矽、鐵。於是,恆星便坍塌了,這種坍塌的速度是接近光速的,恆星極快的縮小,龐大的質量以光速撞向內部的硬核,然後力開始向外傳播,兩秒後,它爆炸了,這顆恆星爆炸了,是超新星爆炸,釋放大量的X光、伽馬射線暴、氣體與極其明亮的光,這是宇宙中最狂暴的宇宙事件之一。
這次爆炸的能量很劇烈,中間的核心可能會產生一顆中子星或者黑洞,而恆星中的鐵元素在高壓高溫下,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,並擴散到宇宙中去,形成星雲,然後重新形成一顆恆星,一個星系。
中子星相撞也會形成鐵之後的重元素,不過題主說的是恆星,這裡就不介紹了。