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1 # 老卡2020
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2 # 冰65774307
1,超新星爆炸是恆星演化的一個過程。恆星是星雲中誕生的天體,由氫元素組成,由於自身的高溫高壓,透過聚變反應將氫元素聚合成氦,當氦達到一定的量的時候會進一步聚合。並不是每一個恆星都能聚合成鐵元素,只有比太陽大八倍的恆星才有這個能力。諸如太陽這類中小型恆星沒有合成到鐵引力就撐不住了,核聚變反應只能生成碳和少量的氮、氧、氖及微量的輕金屬元素,最終以星風的形式緩慢失去其氣體外層,成為一顆白矮星。而大質量恆星在演化後期,由於質量大、引力強,內部溫度和密度高,核聚變反應會一直進行下去,在恆星內部形成由輕到重,洋蔥一樣層層的不同元素,直到內部形成鐵為止。所以,鐵只能在大質量恆星中生成。
恆星的核聚變讓恆星向外散發能量,同時也為恆星提供向外的支撐力,而恆星核心中較重元素為恆星外層提供引力。質量恆星在演化的過程中保持內外平衡,不至於爆炸或坍縮。而在恆星演化的末期,因為重元素逐漸增多,這種平衡逐漸被打破,恆星會以逐漸擴大,或者擴大後發生超新星爆炸的方式最終終結自己。
不同的地方在於,小型恆星只會逐漸擴大進而消散。而大型恆星這個過程會發生得更加劇烈,隨著重元素種類的增多,恆星內部元素的層數會增加,各層之間的斥力,很大程度上支撐著恆星的體積。好比一個貨架各層放著不同的物品,隨著物品不斷的增重,貨架最終轟然倒塌。恆星內部重力逐漸增加的時候,支撐恆星體積的斥力,最終無法支撐恆星的外觀,達到臨界點在一剎那間超新星爆發就產生了。超新星爆發會將恆星的外層拋向太空,形成一個氣體殼。此時恆星的外層依舊有氫元素存在,這些氫元素被拋散到宇宙中會重新形成星雲,並避孕二代恆星。
太陽是典型的二代恆星,太陽中也有鐵的重元素,這是由於一代恆星在超新星爆發的過程中,將這些元素拋散到宇宙中形成的。這些重元素與星雲混合,在形成二代恆星的過程中,被融入到二代恆星中,所以太陽中所含的重元素是天生而來的,並不是合成的。
2,比鐵重的元素並不是超新星爆炸才可形成,在很多場景下只要達到溫度和壓力的條件都可以形成。
超新星爆發的過程中,各種元素都被極大的擠壓和炙烤,可以形成比鐵更重的元素。形成的元素非常的多,甚至有超過元素週期表的存在。不過,不穩定元素都在後來冷卻的過程中衰變了,最終只有較為穩定的金屬形態才會被留下。
而在其他的場景中,比如彗星撞地球,或者是其他天體碰撞中都可以形成比鐵更重的元素。比如,地球上有天然的銥元素,就是在彗星撞擊地球的過程中形成的,這點在地質考古中已經被證實。
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超新星爆發的機理有幾種,Ia型超新星是白矮星吸積大質量伴星物質導致自身總質量超過1.44M,引發失控的熱核反應後徹底炸碎整個恆星;II型超新星也有幾種,普通的II型超新星是鐵核心質量堆積過程中其釋放的能量不足以繼續熱核聚變反應(鐵原子需要更加高溫高壓的環境才能繼續聚變,但此時恆星核心未達到環境條件),從而導致鐵核心質量不斷堆積,輻射壓力相對減少,此時的熱核聚變反應實際上是一種“吸熱反應”,在鐵核心質量超過1.44M後突然坍縮,溫度和壓力急劇上升,湧出大量高能中微子將鐵原子核炸裂蛻變成質子和自由電子,在高溫和高壓條件下電子被壓入質子進行電中和後變成了中子,核心形成一個質量不大於3M的中子化核心,失去輻射壓力的外層物質在重力作用下以每秒三萬公里的速度落在中子核心上並反彈,將整個恆星外層炸碎,形成II型超新星爆發;另一種II型超新星屬於GRB型別,大質量恆星的鐵核心質量堆積迅速超過3M,立即坍縮成黑洞並開始吞噬恆星物質,由於吸積物質量超過黑洞吞噬能力,從垂直於自轉軸的兩極以接近光速噴射出能量,形成伽瑪射線暴;更大質量的恆星,由於熱核反應極端劇烈,核心區的高能伽瑪射線與原子核碰撞使核心出現大量的遊離態正負電子對,減弱了核心區的熱輻射壓力,外層物質受重力作用向核心坍縮,核心溫度和壓力劇烈上升,引發了類似Ia超新星那種失控的熱核反應,核心區幾乎所有的燃料一瞬間全部參與了熱核聚變反應,釋放出極端能量把整個恆星完全摧毀,其規模遠遠超過Ia型和II型超新星,是目前觀測到的威力最大的一種超新星爆發形式,稱之為“不穩定對超新星”。
比鐵重的元素在超新星爆發時的極端高溫高壓環境下才能合成,隨著爆發的衝擊波噴射到宇宙中。