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哪个过程将较轻的元素组合成较重的元素,并在恒星内部产生能量?

编辑:网友投稿来源:互联网整理更新时间:2021-10-26 08:49:53

随着年龄的增长,恒星中有一系列的过程将较轻的元素融合成较重的元素,最终形成超新星中的R过程,形成大多数比铁重的元素。

当分子云凝结时,当凝结物体的质量达到木星质量的13倍时,聚变就开始了。

第一个核反应是氘(一个带有质子和中子的氢原子核)与一个质子氢原子核融合。这个反应在大约100万摄氏度的温度下开始。这个反应对温度高度敏感,并起到恒温器的作用,因为释放的热量引起对流和能量辐射。

氘

只有少量的氘在大爆炸中形成,所以除非原恒星继续增长,否则它会在几百万年后耗尽氘并消失。

然而,如果原恒星的质量达到木星的60倍左右,下一个聚变反应就开始了。这是在核心温度达到200万K时发生的,是一个锂7核(3个质子和4个中子)与一个质子的聚变,形成不稳定的铍8,并分裂成两个氦4核。

铍8

在大爆炸中形成的锂7的数量是非常有限的,所以恒星的能量生命是有限的,除非它达到木星质量的80倍。

此时温度达到1000万K,质子质子聚变开始。两个单独的质子结合形成一个氘核,然后参与氘质子聚变产生氦3。

氦3

然后,氦3核在反应中结合,产生氦4核并释放两个质子。因此,链是这样的:

氦4核

这个反应链是我们太阳产生能量的主要反应。由于太阳中含有大约75%的氢,而且质子-质子反应进行得相当缓慢,这个过程可以持续数十亿年。

在我们的太阳中,CNO循环的作用较小,但随着年龄的增长,它将变得更加重要。

在CNO循环中,一个质子与一个碳12原子核融合形成氮13。然后通过释放一个正电子来衰变形成碳13,碳13和另一个质子结合形成氮14,氮14和另一个质子结合形成氧15。氧15通过释放正电子而衰变形成氮15。氮15与第四个质子结合,然后释放出氦4核和碳12核。最终结果是四个质子结合形成了一个氦4核。没有碳、氮或氧的净产量。他们是催化剂。

碳在较大的恒星中形成,并通过超新星在宇宙中扩散。早期的恒星几乎没有碳12。在这些恒星中,CNO过程完全不存在。

新的碳是在下一个过程中形成的,这是三重过程,需要大约1亿摄氏度的温度。

CNO过程

在这个过程中,两个氦4原子核(粒子)结合形成铍8,这是非常不稳定的。然而,在它衰变之前的某个时候,铍8与另一个氦4核结合形成了稳定的碳12。

然后,碳12可能与第四个氦4核结合,形成氧16。随着恒星变得越来越热,密度越来越大,进一步的组合产生了其他元素,直到第26号元素铁。超过这一点的聚变吸收能量。

然而,如果中子通量非常高,那么一些原子核将与中子合并形成元素,一直到铅。这被称为S或慢过程。它发生在无症状的巨型分支恒星中,这是长寿命、质量在1-3个太阳质量之间的低质量恒星演化的最后阶段。查看s-Process的新站点?

一颗非常大的恒星可能无法承受自身的重量而爆炸成为超新星。在超新星内部有巨大的中子通量,中子与原子核结合形成许多不同的重元素。这些反应被称为R或快速过程,是地球上所有比铁重的元素的来源。R过程也适用于合并中子星。观看合并中子星产生引力波和天体光秀

在这个总结中,我跳过了许多重要的细节。
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