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恒星核聚變已經進入尾聲,那麽宇宙中的重金屬元素是如何產生的呢?

如題,鐵是恒星熱核聚變能合成的最重的元素,這當然是針對大質量恒星的。這種質量的恒星,像太陽壹樣,只能在生命結束時從氫聚變為氦,然後聚變為碳,最終的碳核不會繼續聚變。然而,當氫和氦燃盡時,質量更大的恒星可以繼續燃燒碳核,產生更重的元素,如鈉和鎂,壹直到鐵。

鐵核的聚集能量最大,恒星融合成鐵就不可能繼續燃燒。此時不再有核聚變反應的張力來抗衡恒星的巨大引力,大質量恒星中心的鐵核開始加速坍縮。劇烈坍縮後,恒星外層的物質也會向內墜落,此時就會發生超新星爆炸。恒星的外殼會在超新星爆發中被噴射到宇宙中,中央核心以中子星或黑洞的形式存在。

在超新星爆發的極端高溫高壓狀態下,會合成比鐵重的元素,比如金等重金屬元素,拋向太空。這些超新星拋射物可能成為新壹代恒星系統的原材料,形成新的恒星系統,就像我們現在的太陽、地球和生命壹樣。

妳可能不相信,我們常見的金、銀、銅等重金屬都來自超新星爆發!

鐵,以及鐵之前的元素,如碳、氧、鈣等元素,都來自恒星的核聚變。在這個過程中,原子序數低的元素會與原子序數高的元素結合,同時產生能量。比如氫可以結合成氦,同時產生能量。

但這個過程不可能永遠持續下去。壹旦元素的序數超過鐵,核聚變就無法產生能量。反之,會吸收能量。如果壹個反應吸收了能量,只要沒有外界能量輸入,它就是不可持續的。

所以鐵之後的元素不是核聚變產生的,而是超新星爆炸產生的。

超新星爆發的主要能量通常來自引力。恒星自身的核反應無法支撐自身質量後,就會開始坍縮。同時引力勢能轉化為巨大的熱能,引發超新星爆發。

在這個過程中,可以發生吸熱核聚變,產生我們今天熟悉的銅、金等重金屬。

因為鐵的核聚變反應會消耗恒星的能量,會造成恒星內部的不平衡,進而無法繼續核聚變合成更重的元素。就已知情況而言,超鐵元素有兩個來源。

首先是大質量恒星的超新星爆發。當鐵的核聚變引起恒星爆炸時,會產生相當數量的自由中子。通過慢中子和快中子過程,鐵原子可以捕獲自由中子,然後不斷合成宇宙中自然存在的各種超鐵元素,從第27號元素鈷到第94號元素鈈。核聚變合成的重元素和鐵原子俘獲中子合成的超鐵元素會隨著超新爆炸釋放到太空中,成為新行星系統的原料,為生命的出現提供了重要基礎。構成地球生命的重元素都來自太陽系形成前的壹顆超新星。

第二個是兩顆中子星的合並。根據去年發現的中子星首次引力波事件,中子星碰撞產生的碎片也會演化成重元素,比如金、鉑等。

恒星之所以會聚變為鐵,是因為鐵原子核中質子、中子以及質子和中子之間的結合能是所有原子核中最大的,也就是說,每壹個加到比鐵原子核小的原子核中的質子或中子都會釋放能量,每壹個聚變為鐵原子核後的質子或中子都需要吸收能量。所以如果妳想產生比鐵更重的元素,也就是比鐵原子核更重的原子核,妳需要大量來自外界的能量。

此前,人們認為所有這些重元素都來自紅巨星和超新星爆炸。事實上,通過核物理計算發現,紅巨星階段小質量恒星的原子核俘獲的中子是大部分碳氮和少量較重原子核的來源(圖中綠色部分),而超新星爆炸階段大質量恒星的原子核俘獲的中子是大部分輕元素的來源(圖中黃色部分),其余來自白矮星爆炸(圖中銀灰色部分)。

但是核物理的計算也發現,上述過程不會產生那些較重的放射性元素的原子核,只有中子星與宇宙中這種罕見的高能事件合並才能產生這些原子核(圖中紫色部分)。因為沒有中子星並合的直接觀測結果,直到去年還只是壹個假設,但是去年夏天LIGO觀測到的引力波事件GW170817直接證明了中子星並合事件的存在,為這個問題畫上了壹個圓滿的句號。

恒星核聚變確實以鐵結束。

宇宙中的重元素,如金、銀等,都是超新星爆發時產生的。

壹些比較大的恒星,在演化後期,熱量不足以維持恒星的引力,所以會向內坍縮,坍縮過程中物質結構會發生爆裂。在這個過程中,由於巨大的引力勢能轉化為熱能,加上高溫,發生了超新星爆發。這個爆炸的瞬間就是重金屬元素的形成。

這是目前的主流觀點。

那麽,恒星超新星爆炸後的殘留物是什麽呢?答案是中子星。中子星不再是正常的物質,所有這些原子都被重力壓碎了。因此,妳可以認為金、銀等重金屬元素是中子星產生過程中的逃亡者。這些逃亡者保留了原子結構,但變成了重金屬原子。

當然也不排除有其他物質機制可以產生重金屬元素。尤其是宇宙早期,溫度很高,在這個熔爐裏,重金屬原子的原子核也可能產生——當然這種情況很難發生,但也有小概率。

氫、氦、鋰、鈹、硼、碳、氮、氧、氖、鈉、鎂、鋁、矽和磷...對於大多數人來說,化學“元素周期表”當然並不陌生。然而,除了氫和氦,宇宙中其他重元素是如何形成的,仍然是壹個未解之謎。

目前科學界普遍認為,壹些重元素是恒星中氫和氦的核聚變反應產生的。恒星爆炸成超新星後,會形成其他重元素。然而,最近發表在《物理評論快報》上的壹個新的理論模型顯示,微型黑洞可能會從內部摧毀中子星,也可能會產生重元素,包括珍貴的黃金。此外,還有壹些關於重元素來源的其他推測。

重元素在超新星爆炸中誕生。

大質量恒星核心的核聚變產生鐵及其之前的重元素後,恒星會劇烈坍縮形成超新星爆炸。恒星中的鐵元素會在高溫高壓下與自由中子、電子和質子發生反應,產生鈾之前的所有重元素。

目前科學界的主流觀點認為,在大爆炸後的時期,太空中充滿了氫、氦等最常見的輕元素,宇宙中的壹些重元素來自恒星內部的核聚變。

科學家指出,在極高的溫度和壓力下,原子核外的電子可以擺脫原子核的束縛,使兩個原子核相互吸引,碰撞在壹起,就會發生核聚合,生成質量更重的新原子核。這叫做核聚變。鐵之前的重元素都是恒星內核核聚變產生的。

恒星誕生初期的所有能量都來自於氫積累成氦。聚變是恒星抵抗自身引力坍縮的能量來源。當大質量恒星上的氫燃盡後,會在自身重力作用下坍縮,使核心溫度和壓力大大增加,進而達到氦聚變生成碳氧的條件。當氦氣逐漸消耗,恒星又開始坍縮,溫度和壓力進壹步上升,碳和氧融合產生矽。然後,以同樣的方式,矽熔化產生鐵。因為鐵聚變產生的能量得不償失,聚變到鐵的鏈條就停止了。此時恒星最外層到最內層依次是氫、氦、碳、矽、鐵。

但是恒星的進化並沒有完全停止在這壹點上。因為恒星的高溫不足以“煮熟”鐵之後的元素,比如銅、鎳、鋅、鈾。為了促進這些重元素的誕生,我們需要壹個更大的熔爐,那就是超新星爆發。

科學家指出,大質量恒星產生壹個鐵核後,該核會因聚變反應停止而劇烈坍縮,形成超新星爆炸。鐵會在極高的溫度和壓力下與自由中子、自由電子、質子和其他原子核發生反應,產生鈾92之前的所有重元素,並隨著超新星爆炸擴散到太空中。

當兩顆中子星相撞時,壹些物質會被拋入太空。這些物質富含中子,許多中子會射向“種子核”,從而形成原子量不斷增加的元素。

雖然大多數科學家認為,自然界中大約壹半的穩定重元素,從鐵到鈾,都是在生命末期發生超新星爆炸時產生的。然而,壹些科學家給出了不同的可能性。他們指出,這些重元素的起源可能是壹種更猛烈、更罕見的機制——超高密度中子星之間的碰撞。

中子星是恒星衰變和超新星爆發後留下的遺跡,密度極高。直徑數百公裏的中子星,質量可以和太陽壹樣,甚至更大。在地球上,如果妳捧壹勺中子星物質,這壹勺物質的重量會達到50億噸。

雖然大多數中子星都是單獨的,但是兩顆中子星會形成壹個雙星系統。它們可以圍繞對方旋轉十億年,但在這個過程中會逐漸相互靠近,直到有壹天,兩顆中子星最終陷入毀滅性的碰撞。

美國哈佛史密森天體物理中心的科學家埃多·伯格(Edo Berg)表示,此時兩顆中子星的大部分物質會進壹步坍縮,形成黑洞,而另壹部分則會被拋向太空。這些物質富含中子,中子會形成原子量不斷增加的元素。加州大學伯克利分校的天體物理學家丹尼爾·卡森(Daniel Carson)解釋說,妳需要大量的中子,並將它們射向那些“種子核”,以合成金、鉛或鉑等重元素。就像汽車擋泥板上堆積的泥巴。

科學家得出這個結論是因為伽馬射線爆發。這個伽馬射線爆發距離地球大約39億光年。雖然持續時間不到0.2秒,但其紅外余輝可持續數天。科學家將觀測結果與理論模型進行對比後得出結論,這是大量重金屬元素形成後產生的放射性輝光,這些重元素是在壹次中子星碰撞事件中產生的。

卡森對這次碰撞進行了粗略的估算,認為在這次事件中產生了相當於地球質量20倍的黃金。這些黃金足夠裝滿100萬億個油桶。而且,這次撞擊事件中產生的鉑量甚至是黃金的7倍。

此外,科學家還在壹個矮星系——尼日座位二(Netherseat II)的9顆最亮恒星中發現了7顆含有許多重元素的恒星,這比在任何矮星系中發現的都多。科學家說,這些恒星中的重元素比在其他類似星系中觀察到的重元素多近100倍。在壹個矮星系中發現如此多的元素,證明壹定存在比超新星爆炸更罕見的東西,比如中子星碰撞,因為大多數超新星爆炸產生的重元素遠比晶格上的輕。

黑洞摧毀中子星,成為重元素的來源。

原生黑洞從內部吞噬中子星,使中子星迅速收縮並自我轉化,最終導致部分零件被甩出體外。這些富含中子的分離部分可能是重元素的來源。

壹些研究人員推測,宇宙中的重元素(如金、銀、鉑和鈾)可能是在早期宇宙誕生時借助黑洞形成的。

在BIGBANG中,它不同尋常的強度會把壹些物質擠壓得很緊,形成“原始黑洞”。這種黑洞不是恒星坍縮形成的。理論上,原始黑洞比普通黑洞要小,甚至小到肉眼看不見。

在這項最新研究中,研究人員認為,原生黑洞將與中子星相撞,中子星幾乎完全由中子組成,密度非常大,原生黑洞將沈入中子星的中心區域,並從內部吞噬它們。加州大學洛杉磯分校的理論物理學家亞歷山大·庫申科(Alexander Kusenko)認為,當這種情況發生時,黑洞會從內部吞噬中子星,這個過程可能會持續大約1萬年。之後中子星會隨著自身的收縮越轉越快,最終導致壹些小零件被甩出體外。這些富含中子的分離部分很可能是重元素的來源。

不過,庫申科也表示,中子星捕獲黑洞的可能性很低,這與只有少數星系富含重元素的觀測結果壹致。早期宇宙形成的黑洞與中子星碰撞產生重元素的理論也解釋了銀河系中心區域中子星的稀少。據了解,今年晚些時候,庫申科和他的同事將與普林斯頓大學的科學家合作,對中子星與黑洞相互作用產生重元素的過程進行計算機模擬,並希望將模擬結果與鄰近星系的重元素觀測結果進行比較,以確定地球上存在的金、鉑和鈾是否源於早期宇宙的黑洞?

答:比鐵重的原子可以通過其他方式產生,比如超新星。

在原子的平均核質量中,鐵的平均核質量最低。

意味著鐵-56是最穩定的原子;

(1)比鐵小的原子可以聚變,同時釋放出巨大的能量;

(2)比鐵大的原子可以發生裂變,也會釋放出巨大的能量;

(3)但當鐵原子聚變產生更重的原子時,會吸收大量能量;

恒星形成演化理論指出,鐵原子的聚合反應需要60億度以上的高溫,而恒星內部的最高溫度只有幾億度,所以恒星內部的溫度不足以進行鐵原子的聚合反應,恒星內部的核聚變以鐵為終點。

然而,在演化的末期,壹顆大質量恒星可能會爆發成超新星。超新星爆發的瞬間,內部會形成數十億度的高溫,可以滿足鐵原子聚變的條件,從而產生更重的元素。

有壹種說法是,我們每個人體內儲存的重元素來自地球形成前的壹次超新星爆發。

此外,除了超新星爆發,中子星合並等劇烈的天文事件也可能滿足鐵原子聚變的條件。

就鐵而言,是大質量恒星的專利。比如我們的太陽還沒有機會接觸到鐵,但是會用碳和氧完成。

那麽宇宙中的金銀等重元素是怎麽來的呢?

大質量恒星的核聚變可以產生比鐵更多的物質。大爆炸中初級核合成的初始階段,主要產生氫、氦和鋰(少量)輕核。鈹、硼、鋰等輕核可以通過宇宙射線引起的聚變反應合成。

硼之後的元素是由恒星及其恒星事件合成的。

比如低質量恒星,比如太陽,可以演化成白矮星,最終會生成由碳和氧組成的白矮星。當然,如果恒星質量較大,白矮星將由氧、氖和鎂組成。

大質量恒星(通常是8倍太陽質量以上的恒星)會發生超新星爆炸。超新星爆炸是重元素的加工廠,宇宙中劇烈的天文事件可以生成金、銀、鉑、汞、鉛等重元素。

超新星爆炸會拋出很多重元素。)

另外,比如中子星的合並,黑洞的碰撞,中子星和黑洞的碰撞也會拋出重元素。

所以重元素的產生離不開高溫高壓,像黃金這種在宇宙中非常稀有的東西,這也是為什麽各國都用黃金作為儲備,而不是更昂貴的首飾。

拙見,歡迎評論!這個回答原來是壹個遊戲科幻迷寫的。感謝您的關註。讓我們壹起想象,壹起遨遊宇宙!送人玫瑰,手有余香!

首先要明白核聚變有兩個重要的前提。第壹,恒星內部的溫度和壓力足夠高,但是壓力不能太高,否則整個恒星會很快坍縮,也就是說核聚變產生的向外推力需要和恒星自身產生的向外引力相平衡!

這個嚴格的要求也解釋了為什麽恒星有最小和最大質量要求。如果質量太小,就無法形成恒星,因為內部溫度和壓力達不到,比如木星。質量太大不好,因為引力太大,肯定會向內塌陷!

正是因為恒星的質量有限,核聚變不可能永遠持續,通常到了鐵就停止了。

壹旦沒有核聚變,核聚變和引力的平衡被打破,引力開始占主導地位,整個恒星開始急劇向內坍縮,導致溫度和壓力迅速上升,在臨界值發生劇烈爆炸,超新星誕生了!

超新星爆發產生的能量超乎想象,亮度極高,甚至超過整個星系的亮度。同時,在爆炸的壹瞬間,由於極高的溫度和壓力,鐵元素不得不開始聚集在壹起,最終形成了我們常見的重元素,隨著超新星的爆炸噴發到太空中!

但是,只有質量大的恒星才會最終形成超新星,而太陽大小的恒星不會形成超新星,最終只會形成白矮星!超新星爆炸的結果,除了形成更重的元素,剩下的核心就是中子星或者黑洞!

核聚變以鐵結束的說法是因為橫星內部的聚變過程只能到達鐵,根本原因是與鐵聚變後會吸收能量,不像之前的輕元素聚變。這就是為什麽當壹顆恒星開始產生鐵時,就意味著這顆恒星的生命開始走向終結。

當恒星產生鐵時,其聚變過程將導致能量被聚變過程吸收。在缺乏能量的情況下,恒星無法再維持其聚變過程,以至於恒星上的物質無法抵抗自身引力,然後行星坍縮,發生超新星爆炸。

超過鐵的物質大多來自於超新星爆炸產生的高能量導致的聚變反應,這也讓這些重核元素到達了其他區域。

所以說核聚變以鐵為終結是不正確的。準確地說,在恒星的正常周期中,內部核聚變以鐵結束。目前可以人工合成的元素質量已經遠遠超過鐵,而且在粒子碰撞過程中需要耗費大量能量。

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