核聚变到铁就停止了,元素周期表中铁之后的元素都是咋来的?-

核聚变是宇宙中重要的能量来源,核聚变反应需要利用较轻的元素作为燃料,通过原子的聚合作用产生更重的元素,这个过程会产生巨大的能量。类似太阳质量的恒星,在完成氢氦核聚变后,会演变成红巨星,在红巨星阶段进行更加剧烈的核聚变反应,恒星内核最终出现坍塌爆炸时产生铁元素,外部物质被抛离,留下白矮星。

铁元素是绝大多数恒星的核聚变终点。但是质量更大的恒星,会在坍塌中成为中子星,中子星的内部压力非常大,甚至连电子都会被压缩到原子核中,因此中子星的原子核紧紧靠在一起,整个中子星就像是一个巨大的原子核,因此中子星脱离了核聚变反应,而是直接通过引力合并原子。

中子星虽然合并了原子,但并不会直接产生更重的元素,直到中子星发生超新星爆发,才会有铁元素之后,更重的元素产生。我们所佩戴的黄金等重金属,很有可能都经历过超新星爆发。

核聚变到铁就停止了,元素周期表中铁之后的元素都是咋来的?

铁元素为何是核聚变的终点:

太阳系中,恒星太阳就产生着核聚变反应,太阳在消耗自身的氢元素,不断进行着氢氦核聚变,随着核聚变的进行,氦元素会不断增加,当氢元素被消耗殆尽时,太阳内部的核聚变反应就会暂时停止,太阳内核由于引力作用坍塌,释放出巨大的能量,太阳外壳会因为这股巨大的能量开始膨胀,演变为红巨星。

随着内核的坍塌收缩,内部温度和压力进一步提高,太阳会继续开始氦碳核聚变、碳氧核聚变,最终进行硅铁核聚变,红巨星会随着核聚变的进行而不断收缩、膨胀,将很多外部物质抛到太空,最终留下的就是白矮星。

核聚变的发生,需要巨大的压力和非常高的温度,随着核聚变反应的进行,继续进行核聚变所需的热量和压力也会越来越高,铁元素如果想要继续进行核聚变,需要到达30亿摄氏度,这和宇宙大爆炸时期的温度相当。

核聚变到铁就停止了,元素周期表中铁之后的元素都是咋来的?

通过核聚变反应产生铁元素,基本到达正常核聚变的终点,如果是质量更大的恒星,则有可能形成镍元素和钴元素。

想要继续进行后续的核聚变反应,就需要到达非常高的温度,恒星很难将内核提升到接近宇宙大爆炸的温度,因此只能通过提高质量,产生更高的压力。

大质量恒星在宇宙中并不少见,但是随着压力的增加,核聚变还没有发生,原子结构就已经无法保持完整,电子被压力压缩到原子核中,和质子中和成为中子,中子形成的简并压,支撑起中子星的内核,这也是中子星名字的由来。

虽然没有发生核聚变反应,但是原子结构的破坏,让原子可以聚成一团,当中子星发生超新星爆发时,更重的元素就会随之诞生。

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宇宙有其他方式产生重元素吗?

超新星爆发,是很多重元素目前所知的唯一来源,比如黄金。但是我们在日常生活中,并不会感觉到黄金十分稀有,在任何一个城市,都可以买到黄金。这也让很多天文学家感到困惑——超新星爆发目前记录的次数并不多,但地球的重金属资源却很多。

根据大数据分析,银河系每100年,大约只发生3-5次超新星爆发,并不频繁的超新星爆发,理论上不会产生如此丰富的重元素资源。因此天文学家认为宇宙超新星爆发的频率应该更高,或者宇宙还有其他产生重元素的方式。

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天文学家虽然一直在观测宇宙,但是地球所处的位置、天文观测设备的局限性,让天文学家对宇宙的分析,都会带有片面性。超新星爆发的频率,也受到了很多天文学家的怀疑。因为宇宙中绝大多数的超新星爆发,人类并不能及时观测,而且目前无法确定宇宙其他星系和银河系的情况相同,或许在其他星系,超新星爆发的频率会更快。

超新星爆发是人类已知的可以产生重元素的唯一方式,但宇宙的重元素资源非常丰富,因此科学家怀疑宇宙中还有其他方式产生重元素,或者在宇宙大爆炸时期,诞生了非常多的重元素。

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总结:

对于恒星而言,通过核聚变产生铁元素,就已经到达恒星的极限,恒星无法继续提升温度,形成更加剧烈的核聚变反应。

虽然恒星的温度存在极限,但是恒星可以通过提高质量,产生更大的压力,恒星死亡所诞生的中子星,可以利用巨大的引力作用,破坏原子的结构,在不需要核聚变反应的情况下,直接形成原子聚合,随着超新星爆发将更重的元素散播到宇宙的各个位置。

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页面更新:2024-05-01

标签:重元素   中子星   元素   周期表   原子核   超新星   天文学家   恒星   原子   宇宙   压力

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