恆星能造大多數元素,卻造不了氫元素,只因元素材料所需溫度太高

恆星是宇宙中的“元素製造機”,元素週期表上絕大多數的元素都是由恆星製造的,但是氫元素除外。

恆星能造大多數元素,卻造不了氫元素,只因元素材料所需溫度太高

恆星在剛形成的時期,絕大部分都是氫元素,通常氫元素要佔到恆星質量的90%左右,氦元素約佔8%,這比例也接近宇宙中氫和氦元素的佔比。但恆星形成之後,就開始通過核聚變製造氫以外的其他元素了,先是將氫元素聚變成氦元素,然後再聚變成鋰、鈹、硼、碳、氮、氧等元素,恆星質量越小,所能聚變達到的元素層數量就少,質量越大所能就變成的元素數量就多。

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比如我們的太陽,一般認為它只能聚變到碳和氧的階段,但是相當於太陽質量8倍以上的大質量的恆星卻能聚變到鐵元素的階段。不過當鐵元素在恆星內部聚變產生時,這個恆星的壽命也就走到了盡頭。

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這是因為當恆星內部聚變產生鐵元素的時候,恆星的聚變過程就不再釋放能量,而是開始吸收能量,因為鐵元素之前的元素在聚變產生時都可以釋放能量,但是鐵元素的產生過程卻是需要吸收能量的,所以當鐵元素在恆星內部產生的時候,就在那一瞬間,恆星內部不再有能量釋放出來,由於聚變產生的向外輻射壓就消失了,而恆星又都是質量巨大的天體,他們本身的引力勢能也非常巨大,因此在向外的輻射壓消失的時候,其外部巨大的物質質量會在引力之下迅速的擠壓向核心,將中心物質撞擊成一顆中子星。這就是恆星的超新星爆發現象了。

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超新星爆發的時間非常短,但是就在這一瞬間,恆星劇烈的星體活動卻能釋放出相當於其一生核聚變數十倍的能量,這樣巨大的能量又可以將鐵元素進一步聚變,然後再將鐵元素形成的元素進一步聚變,如此類推,所以可以有幾十種元素在超新星爆發的一瞬間形成,比如黃金等貴重金屬也可以在這一瞬間形成。

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另外,中子星碰撞也可以產生大量的重金屬元素,超新星爆發的時候身體內部可產生1500億k的高溫,中子星碰撞大約可以產生3000億k的高溫,因此中子星碰撞可以更多的創造重元素。

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宇宙間的絕大多數元素的誕生,基本上都是基於以上的恆星的演變過程。但是氫元素卻不是這樣,它是在宇宙大爆炸發生之後不久形成的。

我們知道原子都是由電子、質子和中子組成的,而質子和中子就是由夸克組成的,這些基本粒子的產生需要極高的溫度,比如產生一個電子所需要的閥值溫度約60億度左右,但產生一個質子所需要的閥值溫度約10萬億度左右。所以恆星內部核聚變時不可能產生這些基本粒子,就是超新星爆發和中子星碰撞的溫度也不足以產生質子,而氫元素既離不開質子也離不開電子,很顯然,恆星的演變過程以及超新星爆發和中子星碰撞都不足以產生質子等基本粒子,這些元素材料都太難造了,需要的溫度太高,因此恆星也就無法造就最簡單的氫元素了(中子星碰撞,可以通過中子的衰變製造少量氫元素)。

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那麼宇宙中能形成基本粒子並造就氫元素的事物也就只有宇宙大爆炸了,宇宙大爆炸開始時的溫度最高可達1.4億億億億K,遠高於基本粒子產生的溫度,在宇宙降溫的過程,基本粒子產生了,隨後也就產生了氫元素,同時也產生了部分的氦元素,兩者在宇宙中的佔比大概在99%左右,其他可能還有鋰、鈹等元素,但是含量就比較少了。

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縱觀宇宙誕生以及產生氫元素,氫元素形成恆星,再由恆星製造各種元素,各種元素通過物理和化學作用形成世間萬物,這一過程用老子的“道生一,一生二,二生三,三生萬物”來概括,還真是挺符合的。


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