聚变的最终产物是铁，那么宇宙中的重元素都是怎么来
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发布时间：2022-04-19 23:28
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时间：2023-06-21 16:45
而铁的原子核的集合能是最大的，所以恒星聚变到铁的阶段，就不可能继续燃烧了。这时就不再有核聚变反应的张力来对抗恒星巨大的引力，大质量恒星中心的铁核就开始加速坍缩，剧烈的坍缩出现后，恒星外层的物质也会向内坠落，在这个时候就出现了超新星爆发。恒星的外壳会在超新星爆发中被抛射向宇宙，而中心的内核会以中子星或者黑洞的形式存在。
超新星大爆炸的极端高温高压状态，就会合成出被铁更重的元素，例如黄金等重金属元素，从而抛向太空，这些超新星的各种抛射物可能成为新一代恒星系的原料，形成新的恒星系统就像我们现在的太阳，地球以及生命。
说出来你可能不信，我们常见的金、银、铜等重金属，都来源于超新星爆发！
铁，以及铁之前的元素，例如碳、氧、钙等元素，都来源于恒星的核聚变，在这个过程中，原子序数低的元素会结合称原子序数高的元素，同时产生能量。比如氢就可以结合成氦，同时产生能量。
但这个过程并不能一直持续下去，一旦元素的序数超过了铁，核聚变就无法产生能量了。相反的，反而会吸收能量。一个反应如果吸收能量，只要没有外界的能量输入，那就是无法持续的。
所以铁之后的元素都不是靠核聚变产生的，它们，靠的是超新星爆发。
超新星爆发的主要能量，通常来自于引力。恒星自身的核反应无法支撑自己的质量之后，就会开始坍缩。同时引力势能转化为巨大的热能，引发超新星爆发。
在这个过程中，吸热的核聚变得以发生，从而产生了我们今天熟悉的铜、金等重金属。
由于铁的核聚变反应会消耗恒星的能量，引发恒星内部失衡，进而无法再继续进行核聚变合成更重的元素。就目前已知的情况来看，超铁元素的来源有两种。
第一种是大质量恒星的超新星爆发。当铁的核聚变引发恒星爆炸之后，将会产生相当多的自由中子。通过慢和快中子过程，铁原子能够俘获自由中子，进而不断合成出宇宙中自然存在的各种超铁元素，从第27号元素钴一直到第94号元素钚。通过核聚变合成的重元素以及通过铁原子俘获中子合成的超铁元素将会随着超新爆发而释放到太空中，并成为新的行星系统的原料，这为生命的出现提供了重要的基础，组成地球生命的重元素都是来自太阳系形成之前的某颗超新星。
第二种是两颗中子星的合并。根据去年发现的首例中子星引力波事件，中子星碰撞产生的碎片也会演变为重元素，比如金、铂。
恒星核聚变到铁的原因，是因为铁原子核里质子之间、中子之间、以及质子和中子之间的结合能是所有原子核中最大的，也就是说比铁原子核小的原子核，每增加一个质子或中子都是释放能量的，聚变到铁原子核之后，每增加一个质子或中子，都需要吸收能量。那么想生成比铁重的元素，也就是比铁原子核重的原子核，就需要外界输入大量能量。
之前认为这些重元素都来自于红巨星和超新星爆发，实际上通过核物理计算发现，小质量恒星的红巨星阶段原子核俘获中子是大部分碳和氮以及小部分较重原子核的来源（图中绿色部分），而大质量恒星的超新星爆发阶段的原子核俘获中子是大部分较轻元素的来源（图中*部分），剩下的部分来自白矮星爆发（图中银灰色部分）。
但核物理的计算同时发现，以上过程不会产生那些较重的放射性元素的原子核，宇宙中只有中子星合并这种罕见的高能事件才能生成这些原子核（图中紫色部分）。由于中子星合并一直没有直接的观测结果，直到去年这还只是一个假说，但是去年夏天LIGO观测到的引力波事件GW170817，直接证明了中子星合并事件的存在，为这个问题画上了*的句号。
恒星核聚变确实是到铁就结束了。
宇宙中的重元素比如金银等，都是超新星爆发的时候产生的。
一些比较大的恒星，在演化的晚期，热量已经不够维持星体的引力， 于是会朝内坍塌，在坍塌的过程中物质结构会炸裂。这个过程因为有巨大的引力势能转化为热能，温度也很高，所以发生了超新星爆发。这个爆发的瞬间就是会形成重金属元素。
这是目前的主流观点。
那么，恒星超新星爆发以后的残渣是什么呢？答案是中子星。中子星就已经不是正常的物质了，那些原子全部被引力压瘪了。因此，你可以认为金银等重金属元素是中子星产生过程中的逃命者。这些逃命者保持着原子结构，只不过成为了重金属原子。
当然了，不排除有别的物质机制可以产生重金属元素。尤其是在宇宙早期的时候，温度非常高，在这个大熔炉里，也许也能产生出重金属原子的原子核——当然这个情况很难发生，但也有小概率的。
氢氦锂铍硼，碳氮氧氟氖，钠镁铝硅磷……”对于大多数人而言，化学“元素周期表”肯定不陌生。然而，宇宙中除了氢和氦之外，其他重元素是如何形成的却还是一个未解之谜。
目前科学界普遍认为，一些重元素由氢与氦通过恒星内部核聚变反应产生。而恒星爆发成为超新星之后，又形成了另外一些重元素。然而，最近发表在《物理评论快报》上的一项新理论模型表明，微型黑洞从其内部毁灭中子星，可能也会制造出重元素，其中包括贵重的黄金。除此之外，对于重元素的来源还有一些其他推测。
重元素诞生于超新星爆发
大质量恒星核心核聚变产生了铁及其之前的重元素之后，恒星会剧烈坍缩形成超新星爆发，恒星中的铁元素在高温高压下，与自由中子、电子、质子等发生反应，产生铀之前的所有重元素。
目前科学界主流观点认为，在宇宙大爆炸之后的一段时期内，空间中充满了氢和氦这样最常见的轻元素，而宇宙中的一部分重元素来自于恒星内部的核聚变。
科学家指出，在极高的温度和压力下原子核外的电子可以摆脱原子核的束缚，使得两个原子核能够互相吸引而碰撞到一起，发生原子核聚合作用，生成新的质量更重的原子核。这就是所谓的核聚变。而铁以前的重元素就都是在恒星的核心，靠核聚变产生的。
恒星诞生初期能量全部来源于氢聚变成氦。恒星对抗自身引力坍缩的能量来源就是聚变。当大质量的恒星上的氢燃烧完之后，会在自身引力作用下发生坍缩，这一过程会使得核心温度和压力大幅升高，然后达到发生氦聚变的条件，生成碳和氧。当氦逐渐消耗，恒星又开始坍缩，温度和压力进一步升高，碳、氧就聚变生成硅。然后同理，硅聚变生成铁，由于铁聚变产生的能量得不偿失，于是聚变的链条到铁就停止了。此时恒星最外到最里层依次是氢、氦、碳、硅、铁。
但恒星的演化到了这步并没有完全停止。由于恒星的高温不足以“烹调”出铁以后的元素，如铜、镍、锌、铀等。要想促使这些重元素的诞生，就需要一个更大的熔炉，即超新星爆发。
科学家指出，大质量恒星在产生铁核心之后，由于聚变反应的停止，核心会发生剧烈的引力坍缩，形成超新星爆发，铁元素会在极高的温度和压力下，与自由中子、自由电子、质子及其他原子核发生反应，产生出92号元素铀之前的所有重元素，并随着超新星爆发将它们扩散到宇宙空间中去。
两颗中子星发生碰撞，一部分物质会被抛入太空，这些物质中富含中子，很多中子射向“种子核子”，这样便会形成原子量越来越大的元素。
虽然大多数科学家认为，从铁到铀，自然界稳定存在的重元素中有约半数是大质量恒星在生命终结阶段发生超新星爆发时生成的。但也有科学家给出了不同的可能性，他们指出，这些重元素的起源可能是一种更加狂暴而罕见的机制——密度超高的中子星之间发生的相撞。
中子星是恒星衰亡并发生超新星爆发之后残留的遗骸，其密度极高。直径数百公里的一颗中子星，质量可以和太阳一样甚至更高。在地球上，如果你拿着一勺中子星物质，那么这一勺子物质的重量将达到50亿吨。
尽管绝大部分中子星都孑然一身，但也会有两颗中子星组成双星系统，它们可以在一起相互绕转数十亿年，但是在这一过程中会逐渐相互靠近，直到有一天，这两颗中子星终于陷入毁灭性的相撞。
美国哈佛史密松天体物理中心的科学家艾多·贝格说，这时候两颗中子星的绝大部分物质会发生进一步坍缩，形成黑洞，而另外一部分物质会被抛入太空。这些物质中富含中子，这样便会形成原子量越来越大的元素。美国加州大学伯克利分校天体物理学家丹尼尔·卡森解释说，你需要很多中子并将它们射向那些“种子核子”，才能合成那么重的元素，比如金、铅，或者铂。这就像是 汽车 挡泥板上不断累积的泥浆一样。
科学家得出这一结论，缘于一次伽马射线暴。这次伽马射线暴距离地球约39亿光年，虽然持续时间不到0.2秒，但其红外线余晖却持续数天时间。科学家将观测的结果与理论模型进行对比之后，得出结论认为这是大量重金属元素形成之后产生的放射性辉光，而这些重元素是在一次中子星的撞击事件中产生的。
卡森对这次碰撞做了粗略的估算，认为这次事件中约产生了相当于20倍地球质量的黄金。这一数量的黄金足以装满100万亿个油桶。而且这次撞击事件中所产生的铂金数量甚至比产生的黄金还多7倍。
此外，科学家还在一个矮星系——网罟座二号9个最亮的恒星中发现了7个包含许多重元素的恒星，这比任何矮星系上发现的都要多。科学家表示，这些恒星上的重元素比其他相似星系上观察到的多了近100倍。而在一个矮星系上发现这么多重元素证明了网罟座一定发生过比超新星爆发还要罕见的事件，比如中子星撞击，因为大多数超新星爆发产生的重元素也远远达不到网罟座上那些重元素的惊人数量。
黑洞毁灭中子星成为重元素来源
原生黑洞从内部消耗中子星，使中子星收缩自转变快，最终导致一些部分甩离本体，这些富含中子的分离部分，很可能就是重元素的来源。
还有研究人员猜测，宇宙中的重元素（如金、银、铂和铀）可能是早期宇宙诞生时在黑洞的帮助下形成的。
在宇宙大爆炸时，其异乎寻常的力量会把一些物质挤压得非常紧密，形成了“原生黑洞”。这种黑洞并不是由恒星坍缩而形成的。理论上，原生黑洞比普通黑洞更小，甚至小到肉眼无法看到。
在这项最新研究中，研究人员认为原生黑洞会与中子星发生碰撞，中子星几乎完全是由中子构成，并且非常密集，原生黑洞将沉入中子星中心区域，从其内部吞噬它们。美国加州大学洛杉矶分校理论物理学家亚历山大·库先科认为，当这种情况发生时，黑洞会从内部不断消耗掉中子星，这个过程可能会持续1万年左右。之后，中子星随着自身的收缩，自转会变得越来越快，最终导致一些小的部分被甩离本体。而这些富含中子的分离部分，很可能就是重元素的来源。
然而，库先科同时表示，中子星捕获黑洞的可能性非常低，这种低概率与只有少量星系富含重元素的观察结果一致。形成于宇宙早期的黑洞与中子星相撞产生重元素的理论也解释了银河系中心区域中子星数量稀少的问题。据了解，今年晚些时候，库先科和同事们将与普林斯顿大学的科学家合作，对“中子星—黑洞”相互作用产生重元素的过程进行计算机模拟，并希望能通过将模拟结果与临近星系中重元素的观测结果进行比较，来判断地球上存在的金、铂和铀是否来源于早期宇宙中的黑洞
答：比铁重的原子，可以经历超新星等其他方式生成。
原子平均核子质量中，铁的平均核子质量是最低的。
意味着铁-56是最稳定的原子：
（1）比铁小的原子可以发生聚变，同时放出巨大的能量；
（2）比铁大的原子，可以发生裂变，也会放出巨大的能量；
（3）但是铁原子发生融合生成更重的原子时，就会吸收大量的能量；
恒星形成与演化理论指出，铁原子的聚合反应需要60亿度以上的高温，而恒星内部最高也只有几亿度，所以恒星内部的温度，不足以让铁原子发生聚合反应，恒星内部的核聚变到铁为止。
但是，大质量恒星在演化末期，有可能发生超新星爆炸，超新星爆炸的瞬间，在内部形成数十亿度的高温，就能达到铁原子聚变的条件，从而生成更重的元素。
有个说法：我们每个人身体中储存的重元素，都来源于地球形成前的某次超新星爆炸。
另外，除了超新星爆炸外，中子星合并等等剧烈的天文事件，也有可能达到铁原子聚变的条件。
到铁为止，那是大质量恒星的专利，像咱们太阳还没有机会到铁，到碳与氧就完事了。
那么宇宙中金银等重元素是如何来的呢？
铁元素以上可以通过大质量恒星的核聚变生成。在宇宙大爆炸初期原初核合成阶段，主要生成氢、氦、锂（少量）较轻的原子核。而像铍、硼、锂等轻原子核可以通过宇宙射线引起的聚变反应合成。
而硼之后的元素则是由恒星及其恒星事件来合成。
诸如：低质量恒星如太阳，可以演化到白矮星阶段，最终生成碳与氧构成的白矮星，当然如果恒星质量大一点，白矮星就会由氧、氖，镁元素构成。
大质量恒星（一般指8倍以上太阳质量的恒星），则会进行超新星爆发，超新星爆发是重元素的加工厂，宇宙中暴烈的天文事件，可以生成金银铂汞铅等等重元素。
（超新星爆发将会抛散出大量重元素。）
另外例如中子星的合并，黑洞的碰撞，中子星与黑洞的碰撞也会抛散出重元素。
所以，重元素的生成离不开高温与高压，像黄金，它在宇宙中的含量是很稀少的，这就是为什么各个国家都以黄金来做储备，而不用价钱更加昂贵的珠宝来做储备的原因了。
个人浅见，欢迎评论！ 本回答由一枚 游戏 科幻迷原创，感谢点赞关注，我们一起科幻想象、畅游宇宙！予人玫瑰，手有余香！
首先要明白一点，核聚变发生有很重要的两个前提，一是恒星内部温度压力足够高，而是压力也不能太高，不然整颗恒星就会快速向坍缩，也就是说，核聚变产生的向外推力需要与恒星本身产生向外万有引力达到一种平衡！
这种严格的要求也说明了为什么恒星有最小和最大质量员要求，质量太小就形成不了恒星，因为内部温度压力达不到，比如说木星。质量太大也不行，因为万有引力太大，肯定会向内塌陷！
正是因为恒星的质量有*，造成了核聚变并不能一直持续下去，通常情况下聚变到铁元素就停止了。
而一旦没有了核聚变，核聚变与万有引力之间的平衡就被打破了，万有引力就开始占据主导地位，整颗恒星开始急剧向内塌陷，造成的结果是温度压力等极速上升，到了一个临界值发生猛烈的爆炸，一颗超新星诞生了！
超新星爆炸瞬间产生的能量是超乎想象的，亮度极高，甚至能超过整个星系的亮度。同时，爆炸的瞬间由于温度压力非常高，铁元素也不得不开始聚合在一起，最后形成了我们常见的重元素，随着超新星的爆炸喷发到宇宙空间！
不过只有质量较大的恒星才会最终形成超新星，而向太阳这么大小的恒星不会形成超新星，最后只能形成白矮星！超新星爆发的结果除了形成更重的元素，留下的内核就是中子星或者黑洞！
核聚变到铁为止的说法是因为横恒星内部的聚变过程只能到铁元素，其根本原因是因为聚变到铁元素之后会吸收能量而不像之前的轻元素聚变释放能量。这也是为什么一个恒星开始生成铁元素的时候就意味着恒星的寿命开始走向尽头。
当恒星生成铁元素之后，其聚变过程会导致能量被聚变过程吸收，随着能量的缺失，恒星无法再维持其聚变过程，从而恒星上的物质开始无法抵抗自身的重力影响，然后星球崩溃，发生超新星爆炸。
绝大多数超过铁元素的物质都来自于超新星爆炸产生的高能引起的聚变反应，也随着超新星爆炸也让这些重核元素能够到达其他区域。
所以说，核聚变到铁为止的说法不正确，准确的说，恒星正常周期时内部的核聚变到铁元素为止。目前人工可以合成的元素质量已经远超过铁元素了很多了，在粒子对撞过程中需要消耗极大的能量。
