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为什么铁(Fe)是坍缩恒星产生的最后一种元素?铁有什么特别之处?

编辑:网友投稿来源:互联网整理更新时间:2020-10-22 08:42:12

实际上,它不是铁而是镍,但在恒星中产生的镍的同位素是不稳定的,会衰变回铁,所以…

铁的特别之处在于铁,特别是铁-56,在所有元素中每核子的结合能最高。因此,核聚变只能通过将较轻的原子融合成铁-56或质量较低的原子来释放能量。超过这一点,聚变就不能释放能量,因此无法维持。

为什么铁(Fe)是坍缩恒星产生的最后一种元素?铁有什么特别之处?

在恒星中,热量和压力迫使像氦和氢这样的轻元素融合成较重的元素。随着恒星年龄的增长,这些元素会融合成更重的元素,以此类推,直到产生铁和镍(如果恒星足够大的话)。恒星经过一系列可预见的聚变反应作为光元素融合成更重的元素,积累在恒星的核心,直到他们达到密度足够融合到甚至更重的元素,等等,铁或其他恒星的质量可以支持光元素。

这是所有这些元素产生的主要方法,也是宇宙中最常见的元素包括氦、氧、氮和碳的原因,所有这些元素都是恒星聚变的早期副产品。另一种最常见的元素是氖,它是由铍产生的,如果它不是像镍那样在恒星内部以高度不稳定的形式产生的话,铍会更常见。

所以你可能会合理地问,如果恒星聚变只能进行到铁以外的地方,而宇宙最初只充满了氢和氦,那么铀和其他所有重元素又从何而来?

一旦有足够多的恒星熔合成铁,就不再有足够多的较轻元素继续以足够的速度进行聚变,以维持恒星不受自身引力的影响。

为什么铁(Fe)是坍缩恒星产生的最后一种元素?铁有什么特别之处?

恒星在几秒钟内坍缩,就像研究用的加速器里的粒子被抛在一起一样,所有的质量以如此大的能量撞击在一起,以至于铁和其他重原子可以被迫融合成更重的原子——尽管这种反应消耗了坍缩的部分能量。这不是一种持续的聚变反应,就像数百万年来为恒星提供能量的聚变反应一样。这是一个瞬间的高能聚变脉冲,由恒星物质的惯性提供动力,在一瞬间,它就结束了。大部分剩余的较轻原子在坍缩之前并没有立即燃烧殆尽,它们释放出的能量足以将恒星炸裂。其结果就是超新星,它将一些曾经是恒星的物质释放回太空,在那里循环形成新的恒星和/或富含重元素的太阳系。

其他高能宇宙事件,特别是高新星和中子星碰撞也会产生比铁重的元素。
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