恒星核聚变最多到铁元素,那么比铁更重的重元素是如何产生的?
化学家门捷列夫提出了著名了化学元素周期表,目前发现的元素总数有118个,大部分都是天然元素,为92种,其他的元素都是合成的 。
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恒星,是产生化学元素的“工厂”,在“熊熊燃烧”的过程中,恒星一直进行着核聚变,从氢到氦,然后再到更重的元素 。
恒星的结构就像洋葱那样,最外层是氢,氢里面是氦,然后是碳,氧等,一直到铁元素 。比铁更重的元素无法通过恒星核聚变产生 。
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如今我们见到的所有比铁轻的元素,都是恒星核聚变产生的 。而在宇宙诞生之初,恒星诞生之前,宇宙中只有氢和少量的氦 。
那么问题来了,恒星核聚变为何到铁元素就停止了?
首先我们需要了解“结合能”的概念 。在微观世界,比如说组成原子核的中子和质子,它们通过强大的强力结合在一起,而如果要把中子和质子分开,需要非常强大的能量才行 。
而这种能量就是“结合能”,结合能与核子数量的比值就是“比结合能” 。比结合能越大,意味着核子结合越牢固,核子越稳定,越是需要更大的能量才能把核子分开 。
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而铁元素的比结合能是最大的,这意味着铁元素最稳定 。论稳定性来讲,铁元素位于“波峰”,两侧的元素都是“波谷” 。
要想让铁元素发生核聚变也不是不可能 。我们都知道恒星核聚变通常都会释放能量,但要想让铁元素发生聚变,不但不会释放能量,反而需要吸收能量才能继续 。
这意味着需要极其强大的能量才可以让铁元素发生聚变 。
普通的恒星很难提供如此强大的能量,因为恒星聚变到铁元素时已经走向死亡了 。
但恒星死亡之后,由于核聚变停止了,没有了产生外推力的核聚变,强大的万有引力开始占据绝对上风,所有物质开始急剧向内坍缩 。
【恒星核聚变最多到铁元素,那么比铁更重的重元素是如何产生的?】向内坍缩的过程中,产生巨大能量,核心温度压强急剧升高,提供了铁元素聚变到更重元素的环境 。在外层物质向内坍缩的过程中,撞击内核产生的反作用力把外层物质抛洒到星际空间,这些物质成为新一代恒星和行星的原材料 。
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这就是超新星爆发 。
还有一种猛烈宇宙事件可以让铁元素聚变到更重的元素,那就是中子星碰撞 。中子星碰撞产生的能量丝毫不亚于超新星爆发,碰撞的同时还会释放出大量中子 。其他元素会捕获这些中子,成为重元素 。
超新星爆发和中子星碰撞随时会在宇宙中上演,产生的能量是超乎想象的 。即便是一百光年发生了超新星爆发,也可以瞬间让地球灰飞烟灭 。
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我们应该感谢那些猛烈的宇宙大事件,没有这种大事件,今天的我们就不可能佩戴金银财宝等首饰,金银等重元素都是在超新星爆发或者中子星碰撞中产生的 。
这也是为什么金银等重金属如此珍贵,一是它们的属性,更重要的是金银相对其他元素更稀有,普通的恒星核聚变产生不了金银等重金属,只有在宇宙大事件中才能产生 。
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