太阳仅能合成铁元素及以下的轻元素,那么一些比铁重的元素是哪来的?

彭晓韬


这个问题存在一个小小的误解,那就是太阳能够合成铁元素。实际上我们的太阳由于其质量相对于其他大质量恒星来说并不大,因此除去太阳早期的氘氚核聚变外太阳其实只能进行两种核聚变:一种是氢元素发生热核反应聚变成氦元素,另一种是氦元素聚变为碳元素。在这之后,太阳中心的温度和压力就不足以引发进一步的核聚变了。在这个过程中,外层气体会逐渐扩散,最后形成一个恒星遗迹,中间将留下一个以碳元素为主的白矮星。因此,以太阳的质量是不足以合成铁元素的。能够合成铁元素的是一些比太阳质量还要大的恒星。

但是不管多大的恒星,在热核反应进行到铁元素的时候都会终止。这主要是因为铁元素如果继续聚变,那就不是一个释放能量的过程,而是一个吸能过程了。因此,大质量的恒星寿命都会在聚变到铁元素的时候停止。比铁重的元素都是在大质量恒星寿命终结的时候发生的巨大爆发中形成的,这种爆发被称为超新星爆发。

超新星爆发的原理实际上很简单。正常恒星由于中心聚变释放的能量与恒星引力平衡而得以保持稳定状态。但大质量恒星晚期,恒星已经形成了一个类似洋葱状的结构,其中心可以参与核聚变的区域物质已经全部聚变为铁元素,内部已经不再产生能量,因此中心向外的辐射压力与引力会突然失衡。巨大的引力会引发灾难性的场景:由于引力占据了绝对主导,中心物质不断收缩,连核外电子都被压到了质子中形成了中子,最后形成了一颗中子星,甚至是黑洞。外层较轻的物质也在引力的作用下向中心汇集。巨大的重力势能和强大的引力产生了极高的温度和压力,外层物质在极短的时间内又被成功点燃,最后发生了巨大的爆炸。爆炸的威力近似一颗恒星质量级别的核弹,单颗恒星的超新星爆发在短时间内亮度可以超过整个星系!

正是在这样的一个极短的过程中,各种元素吸收了这些巨大的能量开始继续进行核聚变,最终形成了那些比铁还重的元素,甚至放射性元素。

除此之外,放射性元素的衰变过程也会形成一些比铁元素还重的元素,这一点也需要考虑到。


张家小智儿


超新星爆炸