恒星核聚变到铁为止,更重元素从哪里来,为啥会有我们的世界?

如题所述

这是一位网友提出的问题,引用如下:

为什么核聚变到产生铁元素时就停止了?

恒星中产生了铁元素后,那些铁元素(由于最重)向恒星中心集中,那周围的那些轻核元素可还是在聚变反应啊,这个时候铁元素周围依然有百亿度高温,按道理铁元素在这样的温度下还可以继续聚变啊,怎么就到铁元素为止了?

这个问题里有诸多矛盾,先弄弄清楚:

恒星在自身巨大质量形成的引力向心压作用下,核心处于高温高压状态,由此才激发了核聚变。因此恒星的核聚变是在核心部分进行的。铁元素是大于太阳质量8倍以上的恒星,中心温度和压力更高情况下,核聚变从氢开始,一路连锁下去,经过26个元素的核聚变生成的,不是“恒星中产生了铁元素后,由于最重向中心集中”的。

恒星核心部分完成了核聚变后,“周边的那些氢元素”就没有“可还是在聚变反应啊”,“这个时候在铁元素周围就依然有百亿温度”是不存在的,因为恒星核聚变从来也没有百亿温度,直到聚变到铁元素,最高温度也就20亿K,铁核聚变需要温度也就30亿K。

说清了这几个问题,才可以回答为啥到了铁元素核聚变就停止了这个问题了。

铁在元素周期表中排在第26号。

现在人类发现宇宙中存在的元素有118种,其中有92种是在大自然中发现的,26种是人造的。这些元素地球上都有,人造的元素也不是说宇宙中不存在,而是由于半衰期太短,也就是寿命太短等一些原因,在大自然中很难发现而已。如果大自然不存在的元素,人类是无法制造出来的。

在这些元素中,铁排在第26位,属于第26号元素,这是因为它的原子核有26个质子,也就是说围绕着原子核运行的电子有26个。在铁之前,依次排列着氢、氦、锂、铍、硼、碳、氮、氟、氖、钠、镁、铝、硅、磷、氯、氩、钾、钙、钪、钛、钒、铬、锰等25个元素。

恒星根据质量大小,中心压力和温度就不一样,核聚变到达的程度就不一样。一把来说,质量达到太阳0.8%倍以上,才能够勉强激发中心的氢核聚变,但无法激发氦核聚变,这种小恒星叫红矮星,温度不高,慢慢燃烧,寿命长得令宇宙都不耐烦,可达数万亿年;而像太阳质量上下的恒星,核聚变可以一路到达6号元素~碳,中心温度和压力就无法点燃更重元素核聚变了;只有大于太阳质量8倍以上的恒星,才能够一路聚变到铁。

恒星核聚变的过程。

在恒星整个核聚变过程中,是依靠压力和温度才能够维持其稳定进行的。一般来说,红矮星中心温度至少要达到1000万K以上,才能够点燃氢核聚变,然后核聚变过程中释放出巨大辐射能量与恒星质量向心压力取得了一个平衡,这样就能够维持核聚变的进行,并且让恒星稳定维持在主序星阶段。

太阳的核心温度达到了1500万K,更重要的是有3000亿个大气压强,就让氢核聚变比红矮星进行得更快一些,辐射压力就更大一些,辐射到太空的光和热就更强一些。当核心部分将氢全部转化为氦之后,氢核聚变就停止了,没有了辐射压抵御的外围物质就向中心坍缩,形成了更高压力,由此温度急剧上升到1亿K以上,这样就点燃了氦核聚变,由此一路向前到碳。

碳核聚变需要10亿K温度,太阳质量左右的恒星,引力压已经无法造就这样的温度,所以到了碳核聚变就停止了。大于太阳质量4倍的恒星,中心温度可以到达10亿K,核聚变可以到达氧、氖、镁这一级;太阳质量8倍以上的恒星,核心温度在后续核聚变过程中可达到30亿度,因此,就可以一路到铁。

由于铁的特性,恒星核心核聚变到铁就无法再继续。

恒星核心核聚变一路到铁之后,已经形成一个洋葱结构,最核心部分是铁,围绕着铁形成硅、氖、氧、碳、氦、氢等一层层包衣结构,外面这些核聚变还在依次进行,最终都变成铁,铁核心就越来越大。但这些洋葱结构的核聚变严格限定在核心部分,在一个巨大压力和高温中进行,不会到达表面去。

在铁之前,所有核聚变都会释放出巨大能量,由此能够维持自身稳定的燃烧。而铁有一个的特性,就是不管是核聚变还是核裂变,都不会放出能量,只会吸收能量。当中心核聚变到铁之后,恒星力量几乎消耗殆尽,而铁的核聚变温度需要达到60亿K,在这个只吃不吐的懒汉面前,恒星还有什么能力生成如此高温,并源源不断的供给铁老大去消耗呢?

那么怎么来撬开这个顽固的铁疙瘩呢?当然需要更大的力量,这个力量就来自恒星本身的愤怒!停止了核聚变的核心再也没有巨大辐射压抵御恒星巨大引力压了,外围物质就会愤怒高速向中心坍缩,撞击在核心那个铁疙瘩上。

铁疙瘩只有拼命抵抗,将这些物质以撞击差不多的速度反弹开去,这种速度可以达到光速10分之一乃至2分之一,也就是每秒3~15万千米!这样天体的外壳再也承受不了内部超巨大能量的冲击了,只能炸裂开来向太空释放,一个超新星就爆发了。

恒星核聚变最终并非到铁为止。

超新星大爆发形成了两个超强压力,一个是向外的超巨大压力,一个是向内的超巨大压力,这种压力激发出的温度达到了100亿K~1000亿K!由此,在那一瞬间,一系列的热核聚变反应发生了,铁以上的所有的重元素由此诞生了,因此可以认为,我们世界是通过超新星大爆炸才出现的!

超新星大爆炸向内的巨大压力就使核心产生了一个高度致密的天体,一般认为,在发生超新星大爆发后,大于太阳质量8倍的恒星,中心会留下一颗中子星;而大于太阳质量30~40倍的恒星,中心会形成一个黑洞。

至此,恒星的热核聚变才算完成了。因此,我们不能认为恒星核聚变到铁就结束了,恒星演化后期,通过超新星大爆发,核聚变依然在进行,并产生出我们认知的所有元素。如果恒星核聚变真的到铁就停止了,就没有我们现在认知的世界出现,也不会有人类。

当然,重元素还有一个重要来源,就是中子星相撞。有人认为,宇宙中所有黄金等贵金属,都是在中子星相撞中诞生的。地球环境条件是无法产生金子的,地球金子也是远古时期从天上掉下来的。由此,“天上不会掉馅饼”的说法值得商榷。

就是这样,欢迎讨论,感谢阅读。

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第1个回答  2020-11-07
恒星核聚变不是到铁为止,当铁的核心停止了核聚变,再也没有巨大辐射压抵御恒星巨大引力压 ,这时候就会引发超新星大爆炸 ,核心温度快速升高,核聚变继续进行,铁以上的所有的重元素由此诞生了 。
第2个回答  2020-11-17
铁元素比较特殊,要想让铁继续聚变需要更加极端的物理环境,因为铁聚变是吸收的能量比释放的能量更多! 超新星爆发可以产生大量的能量,这种能量足以让铁核继续聚变成更重的元素,比如今天我们用到的金银等!
第3个回答  2020-11-20
因为细胞的本质也就是元素,我们的世界的组成的本质就是元素,我们人类的本质就是细胞。