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恆星核聚變到了鐵打止了,那麼宇宙中的重金屬元素是怎麼產生的?

說出來你可能不信,我們常見的金、銀、銅等重金屬,都來源於超新星爆發!

鐵,以及鐵之前的元素,例如碳、氧、鈣等元素,都來源於恆星的核聚變,在這個過程中,原子序數低的元素會結合稱原子序數高的元素,同時產生能量。比如氫就可以結合成氦,同時產生能量。

但這個過程並不能一直持續下去,一旦元素的序數超過了鐵,核聚變就無法產生能量了。相反的,反而會吸收能量。一個反應如果吸收能量,只要沒有外界的能量輸入,那就是無法持續的。

所以鐵之後的元素都不是靠核聚變產生的,它們,靠的是超新星爆發。

超新星爆發的主要能量,通常來自於引力。恆星自身的核反應無法支撐自己的質量之後,就會開始坍縮。同時引力勢能轉化為巨大的熱能,引發超新星爆發。

而鐵的原子核的集合能是最大的,所以恆星聚變到鐵的階段,就不可能繼續燃燒了。這時就不再有核聚變反應的張力來對抗恆星巨大的引力,大質量恆星中心的鐵核就開始加速坍縮,劇烈的坍縮出現後,恆星外層的物質也會向內墜落,在這個時候就出現了超新星爆發。恆星的外殼會在超新星爆發中被拋射向宇宙,而中心的內核會以中子星或者黑洞的形式存在。

超新星大爆炸的極端高溫高壓狀態,就會合成出被鐵更重的元素,例如黃金等重金屬元素,從而拋向太空,這些超新星的各種拋射物可能成為新一代恆星系的原料,形成新的恆星系統就像我們現在的太陽,地球以及生命。

第一種是大質量恆星的超新星爆發。當鐵的核聚變引發恆星爆炸之後,將會產生相當多的自由中子。通過慢和快中子過程,鐵原子能夠俘獲自由中子,進而不斷合成出宇宙中自然存在的各種超鐵元素,從第27號元素鈷一直到第94號元素鈈。通過核聚變合成的重元素以及通過鐵原子俘獲中子合成的超鐵元素將會隨著超新爆發而釋放到太空中,並成為新的行星系統的原料,這為生命的出現提供了重要的基礎,組成地球生命的重元素都是來自太陽系形成之前的某顆超新星。

第二種是兩顆中子星的合併。根據去年發現的首例中子星引力波事件,中子星碰撞產生的碎片也會演變為重元素,比如金、鉑。


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