既然核聚变的最终产物是铁,那么宇宙中的重元素都是怎么来的?_百度知 ...
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发布时间：2024-03-14 01:39
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时间：2024-03-15 17:12
位于赫罗图里主星序内的主序星，其位于主星序时期内能量全部来源于氢（H）聚变成氦（He）。氢的消耗速度正比于恒星质量。恒星对抗自身引力坍缩的能量来源就是聚变。
这一过程会使得核心温度和压力大幅升高，然后会达到发生He聚变的条件，产物大致是碳（C）和氧（O）。当氦逐渐消耗，恒星又开始坍缩，温度和压力进一步升高，然后是C、O聚变，产物大致是硅（Si）。
然后Si聚变成铁（Fe），由于Fe的比结合能最大，可以简单理解成Fe聚变产生的能量得不偿失，于是聚变的链条到Fe铁就停止了。此时恒星就像一颗洋葱，最外到最里层依次是H、He、C、Si、Fe。但并不是说恒星的演化到了这步就完全停止了。
Fe在中子丰度高的环境下会发生中子俘获反应，生成Fe-57、Fe-58等，这些核素是不稳定的，会经过β-衰变成Co-57、Co-58等，再经过中子俘获、β-衰变，生成Ni、Cu等更重的元素。
其他的来源还有中子星相撞产生、黑洞破坏中子星时产生、在早期宇宙里温度非常高的状态下产生，以及由这些反应生成的放射性物质自然衰变产生。
现在一般认为主要是超新星爆发时铁原子核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，产生铀之前的所有重元素并炸散到宇宙空间。
根据现代元素合成理论，超新星是元素合成的主要场所，它是大质量恒星的最后演化阶段。这种大质量恒星，引力作用极强，因此当一系列聚变反应结束后，就发生迅猛异常的收缩。这导致恒星内部的密度和温度极高，最后以猛烈的爆发结束其一生，这就是通常所说的超新星爆发。爆发时超新星的亮度在短时间内可剧增到几千万倍至几亿倍以上，可以比整个银河系还亮，同时把大量含有重元素的恒星物质抛向空间，甚至可造成整个星体分崩瓦解。
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时间：2024-03-15 17:12
一旦开始坍缩，开尔文－亥姆霍兹效应就开始发挥作用。简单来说，就是压缩气体，导致内能和温度上升。红超巨星体积的恒星收缩，会产生极其可怕的高温高压，导致那些吸热的核反应也开始发生。产生更重的元素。
另一方面，坍缩过程产生大量的中子，从而引发了快中子捕获过程（r-process），即元素瞬间被海量的中子轰击，吸收大量中子，随后中子衰变为质子。这也能形成重元素。
然后在下一个瞬间，这些重元素随着恒星一起爆炸，变成行星状星云
当恒星中的核聚变或者核裂变的最终产物是铁原子时，核反应就无法再持续下去，因为任何以铁原子为材料的核反应都是耗能型的，而不是放能型的，所以恒星发展到铁原子阶段，核反应就停止了，核能量停止释放。
但对于恒星来说，这可就是灾难性的时刻，因为恒星除了原子能以外，还有一个巨大能量等待释放，那就是引力势能，因为恒星体积巨大，质量巨大，而使得恒星上的物质相互吸引而产生极其巨大的引力势能，当恒星还处于正常核反应阶段，它依靠核反应释放的巨大光能在恒星内部产生极大的辐射压力，
作者：伊卡鲁斯二号
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来源：知乎
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时间：2024-03-15 17:17
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时间：2024-03-15 17:17
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时间：2024-03-15 17:19
