恒星核聚變到鐵元素之后,宣告恒星的死亡,但核聚變還有機會繼續下去,只不過此時的聚變不但不會釋放能量,反而要吸收能量才能進行下去。
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我們傳統認為,恒星核聚變會釋放能量,發光發熱,所以一旦不能釋放能量,就宣告恒星的末日來臨了,此時的恒星已經不能叫作“恒星”,而會以另外一種形式存在。
為什么不能釋放能量,就會宣告恒星死亡呢?
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因為一旦不能釋放能量,恒星內部的力量平衡就會被徹底打破,沒有了核聚變產生的外推力與重力抗衡,恒星自身的重力會徹底占據上風,恒星物質開始急劇向內坍縮,最后演化為另一種形態,比如說白矮星,中子星,甚至黑洞。
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這里有一個問題,為什么鐵元素之后的聚變吸收能量,而不會釋放能量呢?
簡單說,因為鐵元素最穩定,用科學術語就是,鐵元素的比結合能最高。
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何為比結合能。先了解一下結合能。我們都知道,原子核通過強大的強核力把核子結合在一起,如果想要把核子分開或者組合原子核時,就需要能量,而且是強大的能量。這種能量就是結合能。
原子核里的核子數越多,結合能就會越高。而比節能就是結合能與核子數的比值,結合能與比結合能之間的關系類似GDP與平均GDP。
一個元素的穩定性并不是看結合能,而是看比結合能,比結合能越高,元素就越穩定。通俗來講,如果想往最穩定的鐵原子核里塞進更多的核子,就會非常困難,需要極大的能量才行,也就是說鐵元素想要聚變成更重的元素,一定要吸收能量。
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其實從愛因斯坦的質能方程也能很好地解釋,鐵元素之前的核聚變都會損失質量,損失質量意味著釋放能量。但是比鐵更重的元素在聚變時質量會增加,也就意味著吸收能量。
說了這么多,比鐵更重的元素到底是如何產生的呢?
剛才說了,恒星核聚變到鐵元素之后,就意味著恒星末日來臨。由于沒有了核聚變產生的外推力,恒星在自身重力作用下開始徹底失去控制,發了瘋似地向內急劇坍縮。
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恒星物質不斷向內聚集,持續不斷地撞擊恒星內核,帶來了巨大能量,也產生了難以想象的高溫高壓。能量大到足以讓鐵元素繼續聚變下去,聚變成各種重元素。
最終,經過漫長時間演化,死亡之后的恒星只剩下致密的內核,外層物質拋灑到浩瀚星際空間,主要以輕元素為主,這些元素會成為下一代恒星行星的原材料,而新的恒星誕生之后,又會開始有一個輪回,宇宙就按照這種方式不斷輪回,如今我們的太陽被認為是第三代恒星。
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根據恒星質量的不同,恒星在死亡之后也會走向不同的演化之路。比如說我們的太陽,由于質量較小,最終連鐵元素都聚變不了,只能到碳和氧元素就停止了,最終太陽會演化為白矮星。
而更大質量的恒星在死亡的過程中會急劇向內坍縮,然后形成猛烈的超新星爆發,最終留下致密的內核,最終成為中子星或者黑洞。
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超新星爆發是宇宙誕生以來最猛烈的爆發,僅次于宇宙大爆炸,短短幾秒鐘就能釋放出超級能量,甚至超過了太陽100億年釋放能量總和的100倍!
所以,超新星爆發堪稱宇宙中的超級熔爐,比鐵更重的元素幾乎都是通過這種爆發產生的,比如今天我們佩戴的金銀首飾,本質上都是億萬年前通過某種超級猛烈的爆炸瞬間產生的!
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總之,鐵元素堪稱恒星的“超級殺手”,它的到來宣告恒星的死亡。但恒星的死亡同時也是另一種新生的開始,超新星爆發不但產生了大量重元素,更是把所有的元素拋灑到浩瀚星際空間,經過漫長時間演化,豐富多彩的世界才得以呈現。
所以,我們不但要感謝恒星的照耀,它不斷提供我們光和熱。同時更要感謝恒星的死亡,恒星死亡過程帶來了更加豐富多彩的世界,也是生命誕生的前提條件!
宇宙就是如此奇妙,任何形式的死亡,其實也都宣告了某種新生的開始!
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