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天文學上為什麽認為鐵是宇宙演化的終極產物?

2021-06-16知識

眾所周知,恒星靠核融合發光,核融合是讓兩個 原子核 能夠互相吸引而碰撞到一起,發生原子核互相 聚合作用 ,生成新的品質更重的原子核。

如氫原子融合成氦,氦再融合成鋰 然後是鈹硼碳氮氧氟氖鈉鎂鋁矽磷硫氯氬鉀鈣鈧鈦釩鉻錳,到鐵時 【大部份的】 融合反應就不能進行了。其實 不是所有恒星都只能融合到鐵 ,在特大品質恒星演化的晚期,其實恒星內核中就會出現一些原子序數比鐵高的元素原子核,比如:元素鋅, 只是含量很少很少而已。

那為什麽大部份融合反應到鐵就停止了呢?這是因為鐵原子核最穩定。

這該如何理解呢?在自然界有個趨勢,變化的過程基本上都是從高能量狀態流向低能量狀態,這就好像水往低處是一個道理。如果我們要在元素周期表中找到一個最穩定的原子核,那這個原子核就是鐵原子核。鐵原子核之所以最穩定,是因為鐵原子的 比結合能 最高。鐵之前的原子核的比結合能,基本上是隨著原子序數的提升, 到達鐵時是最高的,然後這之後就會逐漸下降。

因此,在自然界中,鐵之前的元素原子核都會聚合的趨勢,鐵之後的元素都有分裂的趨勢,兩者其實都是釋放能量的過程。所以,原子彈雖然用的是核分裂反應,但實際上威力也不少。其實整個過程中也損失了品質,這部份品質以能量的形式擴散出去了。

要讓鐵原子核,甚至包括比鐵元素序數更大的原子核,發生核融合發生反應並不是可以。關鍵是,鐵原子核的反應就需要吸收大量的能量,而釋放出來的能量遠遠小於吸收的能量,所以這是一筆賠本買賣,並不符合能量從高往低的趨勢。

要讓這個反應進行,就需要極為苛刻的條件,並且輸入足夠高的能量。

這個過程在自然界這種現象是很少見,但並不是說不存在。品質是太陽品質8倍以上的特大品質恒星在演化的晚期由於巨大的重力,就會促發鐵原子核的核融合反應,爆發超新星爆炸,同時產生大量的高順位的原子核,超新星爆炸的亮度甚至可以達到一個星系的亮度。

也就是說, 核融合並不局限與鐵元素之前。

實際上,鐵之後的元素也是透過核融合產生的,只是反應條件很苛刻,所以很少見,在宇宙中的含量也很低。

參考:

核融合_百度百科

為什麽有人說核融合到產生鐵元素時就停止了?