03.04 核聚变到铁就停止了,那么宇宙里比铁要重的元素都是怎么堆出来的?

无尽的死亡在等待


自从大爆炸之后极短时间产生氢、氦、锂之后,恒星核合成就一直在持续地创造重元素。

首先是最常见的主序星中的氢燃烧,然后是红巨星中的氦燃烧,再逐渐燃烧更重的元素,这个阶段是氢、氦、碳、氖、和氧燃烧过程,然而这些重元素都包含在恒星内部,并没有明显的改变宇宙中元素的丰度。

当恒星完成氧燃烧过程后,它核心的主要成分是硅和硫,如果它的质量足够大,将会进一步的收缩,直到核心达到27至35亿K的温度,这时硅和其它的元素可以光致蜕变创造出新的元素,按以下的顺序进行:硅28→硫32→氩36→钙40→钛44→铬48→铁52→镍56,整个硅燃烧过程大约只持续一天,当镍56产生时就停止了。硅燃烧是大质量恒星在主序阶段的最后时刻,一旦发生就会进入燃料耗尽的生命终点,然后恒星将离开赫罗图上的主序带。

中低质量的恒星在它们生命的后期,通过恒星风相对“缓慢”地逸出它们的大气,形成行星状星云,这个过程在赫罗图上产生渐近巨星分支(AGB阶段),这一阶段恒星通过S-过程的慢中子捕获机制产生比镍重的元素,能产生的最重的同位素是铋209。

而质量更大的恒星将通过超新星爆发的灾难性事件,喷射出它们在爆炸前演化过程中所创造的元素,这是从碳到镍的各种元素的主要来源。

在超新星爆发前的瞬间,当铁内核不再产出能量支撑后,外层的重元素开始由恒星上层向核心崩溃,随后形成一个压缩冲击波向外反弹,这个短暂的冲击过程是恒星创造出重元素的最后时间,这个过程称为超新星核合成,主要通过所谓R-过程产出重元素,它需要以铁为种核进行连续的快中子捕获,此时甚至能形成原子量高达254的元素!R-过程也会在中子星合并时发生。

除了S-过程及R-过程,还有其他的对某些元素的核合成有贡献的过程,比如捕获质子的Rp-过程和导致光致蜕变过程的γ过程或p-过程。具体过程不做赘述,如果有兴趣深入了解,请关注头条号“听松”,获得更多天文学知识,加入天文爱好者大军。


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