09.18 鐵元素是核聚變的最終產物,那麼恆星為什麼不會變成一個大鐵球?

在宇宙誕生之後不久,各種物質在萬有引力以及電磁力的作用下互相吸引,並逐漸演化成了形形色色的天體。因為已知的宇宙中,氫元素的丰度遠遠超過了其他的所有元素,所以宇宙中那些體型較大的天體,其氫元素的含量總是非常高的。

鐵元素是核聚變的最終產物,那麼恆星為什麼不會變成一個大鐵球?

萬有引力雖然是自然界最弱的力,但是它只有吸引力,還可以無限疊加,並且它的作用範圍在理論上可以達到無限遠,因此當一個天體的質量達到一定程度的時候,萬有引力就會起到主導作用,它的目標只有一個,就是無限地將天體向內壓縮。

我們都知道,壓縮是會產生熱量的,所以在那些大型天體的核心,必定都是高溫高壓的環境。高溫可以使原子的運動速度增加,高壓可以縮小原子的活動空間,當溫度和壓強都很高的時候,天體內部的原子核就會不避免地發生融合。

鐵元素是核聚變的最終產物,那麼恆星為什麼不會變成一個大鐵球?

於是小的原子核融合成了大的原子核,並且因為質量虧損而釋放出大量的能量,這個過程就被稱之為“核聚變”。通常情況下,我們把這種因為自身重力而在其內部點燃核聚變的天體,稱為“恆星”。

越重的元素,其發生核聚變的條件就越高,因為氫是最輕的元素,所以恆星的核聚變通常都是從氫的核聚變開始。核聚變產生的能量會暫時阻止恆星坍塌進程,但一旦當前的核燃料用盡,恆星內部的抵抗力就會消失,這時恆星就會繼續坍塌。

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進一步的坍塌就會產生更高的溫度以及壓強,這可以使更重的元素髮生核聚變,這時恆星的坍塌進程又暫停了,直到這種元素耗盡,然後再繼續進行……

我們可以看到,如果一顆恆星的質量足夠大,那麼在它的核心就會啟動一輪又一輪的核聚變,並生成越來越重的元素。

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但這個過程不是無限進行的,這是因為並不是所有的元素髮生核聚變時都會釋放出能量,當核聚變進行到鐵元素的時候,核聚變反應就變成了吸能反應,也就是說,所有恆星的核聚變只能進行到鐵元素。

現在就有了一個問題:既然鐵元素是核聚變的最終產物,那麼恆星為什麼不會變成一個大鐵球?

鐵元素是核聚變的最終產物,那麼恆星為什麼不會變成一個大鐵球?

從前面所講的我們可以知道,恆星的內部隨時存在著兩種力量的較量,其中一方是自身重力向內壓縮,另一方是核心核聚變向外輻射,只有在這兩種力量保持平衡的時候,恆星才可以穩定地存在。

而當恆星的核聚變進行到鐵元素的時候,其內部就會驟然失去抵抗自身重力的力量,這會導致恆星的外部物質以極快的速度向內坍塌,從而引發威力巨大的超新星爆發。

鐵元素是核聚變的最終產物,那麼恆星為什麼不會變成一個大鐵球?

簡單地講,就是恆星根本沒有機會積累到足夠的鐵元素,在變成一個大鐵球之前,恆星早就發生超新星爆發了。也正是因為如此,很多人都將鐵元素稱為“恆星殺手”。


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