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恒星核聚變到鐵就停止了,那么比鐵更重的元素是如何產生的?
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2022.11.10 新疆

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先說答案,到鐵元素之后,其實核聚變仍舊能進行下去,只不過這時候的核聚變已經“變味”了,不再釋放能量,反而需要吸收能量!

在我們傳統認知中,核聚變就是要釋放能量的,吸收能量的核聚變總是讓人覺得怪怪的,這也是為什么我們通常會說“恒星核聚變到鐵就停止了”,因為一般我們認為“不能釋放能量,就不是核聚變了!”

那么,為什么核聚變到鐵元素之后,再聚變就不會釋放能量,反而要吸收能量呢?

這是因為鐵元素最穩定,而物質總是向著更穩定的方向發展。就像高山上的一塊石頭,它是不穩定的,一直保持著向山谷滾落的趨勢,因為山谷才是最穩定的。

為什么鐵元素最穩定呢?因為鐵的比結合能最高。

何為比結合能?先了解一下結合能的概念,把一個原子核內的核子分開的能量,就是結合能,而比結合能就是結合能再除以核子數量,也可以叫做平均結合能。

比結合能越高,意味著越穩定,而鐵元素的比結合能是最高的,所以它最穩定。

鐵元素之前的核聚變過程,都會釋放能量,釋放的能量是恒星損失的質量轉變而來的,可以根據愛因斯坦的質能方程計算出來。但是在鐵元素之后,繼續聚變下去質量是增加的,增加的質量就是吸收的能量轉變而來的。

而一旦恒星需要吸收能量才能繼續聚變下去,其實已經意味著恒星的死亡了,因為此時的恒星變得非常不穩定,開始急劇向內坍縮,最終形成白矮星,中子星,甚至黑洞。

恒星之所以能保持穩定,是由于兩種力量的平衡,分別是核聚變產生的向外的推力,還有自身產生的向內的引力,只有這兩種力量保持平衡,恒星才能一直穩定地燃燒下去。

如果聚變的過程不釋放能量了,就失去了向外的推力,只剩下自身產生的引力,這時候的恒星就會在引力的作用下迅速向內坍縮,在坍縮的過程中形成強大的能量,足以讓恒星核心物質吸收能量繼續聚變下去,然后因為猛烈的宇宙事件,超新星爆發。

超新星爆發產生的能量是巨大的,短短幾秒鐘產生的能量比太陽一生產生的能量總和還要多!超新星爆發的過程中,會產生比鐵更重的元素,比如金銀等元素。

超新星爆發的過程,會把各種元素拋灑到浩瀚星際空間,成為下一代恒星行星的原材料!

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