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恒星核聚变到铁就停止了,那么比铁更重的元素是如何产生的?
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2022.11.10 新疆

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先说答案,到铁元素之后,其实核聚变仍旧能进行下去,只不过这时候的核聚变已经“变味”了,不再释放能量,反而需要吸收能量!

在我们传统认知中,核聚变就是要释放能量的,吸收能量的核聚变总是让人觉得怪怪的,这也是为什么我们通常会说“恒星核聚变到铁就停止了”,因为一般我们认为“不能释放能量,就不是核聚变了!”

那么,为什么核聚变到铁元素之后,再聚变就不会释放能量,反而要吸收能量呢?

这是因为铁元素最稳定,而物质总是向着更稳定的方向发展。就像高山上的一块石头,它是不稳定的,一直保持着向山谷滚落的趋势,因为山谷才是最稳定的。

为什么铁元素最稳定呢?因为铁的比结合能最高。

何为比结合能?先了解一下结合能的概念,把一个原子核内的核子分开的能量,就是结合能,而比结合能就是结合能再除以核子数量,也可以叫做平均结合能。

比结合能越高,意味着越稳定,而铁元素的比结合能是最高的,所以它最稳定。

铁元素之前的核聚变过程,都会释放能量,释放的能量是恒星损失的质量转变而来的,可以根据爱因斯坦的质能方程计算出来。但是在铁元素之后,继续聚变下去质量是增加的,增加的质量就是吸收的能量转变而来的。

而一旦恒星需要吸收能量才能继续聚变下去,其实已经意味着恒星的死亡了,因为此时的恒星变得非常不稳定,开始急剧向内坍缩,最终形成白矮星,中子星,甚至黑洞。

恒星之所以能保持稳定,是由于两种力量的平衡,分别是核聚变产生的向外的推力,还有自身产生的向内的引力,只有这两种力量保持平衡,恒星才能一直稳定地燃烧下去。

如果聚变的过程不释放能量了,就失去了向外的推力,只剩下自身产生的引力,这时候的恒星就会在引力的作用下迅速向内坍缩,在坍缩的过程中形成强大的能量,足以让恒星核心物质吸收能量继续聚变下去,然后因为猛烈的宇宙事件,超新星爆发。

超新星爆发产生的能量是巨大的,短短几秒钟产生的能量比太阳一生产生的能量总和还要多!超新星爆发的过程中,会产生比铁更重的元素,比如金银等元素。

超新星爆发的过程,会把各种元素抛洒到浩瀚星际空间,成为下一代恒星行星的原材料!

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