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恒星核聚变的终点是铁元素,但是我们太阳的聚变过程到达不了铁!

铁原子拥有最稳定的原子核,是核聚变与核裂变的“终点”,大质量恒星内部的核聚变到铁就停止了,最后在恒星中心形成一个不稳定的铁核,但是中小质量恒星由于温度太低,聚变过程根本到达不了铁元素。

恒星核聚变的终点是铁元素,但是我们太阳的聚变过程到达不了铁!

我们宇宙元素丰度最高的是氢元素和氦元素,分别是73.9%和24.0%,两者一共占了宇宙所有元素的97.9%,在万有引力的作用下,宇宙中大量的氢元素和氦元素聚集,最后塌缩为一颗恒星。

氢燃烧

恒星内部拥有极高的压力和温度,聚变反应当中氢元素的聚变是最容易发生的,大约需要1000万度的高温,所以每一颗恒星最开始都是进行着氢元素向氦元素的聚变,其产物是氦元素。

恒星核聚变的终点是铁元素,但是我们太阳的聚变过程到达不了铁!

比如我们太阳就处于这个阶段,该阶段也称作P-P链反应,此时其他核聚变反应途径也在进行,但是以氢元素的聚变为主,氢元素的燃烧非常缓慢,比如我们的太阳将持续100亿年氢元素为主的核聚变过程。

氦燃烧

当恒星内部温度上升到1亿度时,氦元素将发生聚变,生成更重的元素,聚变过程也更加复杂,产物主要以碳和氧为主,还有一些氖元素等等。

碳、氖、氧燃烧

当恒星内部温度达到8亿度后,碳开始燃烧;达到15亿度后,氖开始燃烧,达到18亿度后,氧开始燃烧;其产物主要是硅元素,其他还有钙、硫等等元素。

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这几个过程的燃烧非常迅速,释放的能量相当巨大,于是恒星内部的温度急剧升高,此时恒星也将膨胀为一颗红巨星,直径扩大几十到几百倍。

硅燃烧

对于大质量的恒星,在演化末期温度会变得极高,最终将引发硅元素的聚变反应,其产物主要是铁,一旦恒星内部有铁元素生成,就意味着恒星的末期快到了,此时恒星变得极不稳定。

恒星核聚变的终点是铁元素,但是我们太阳的聚变过程到达不了铁!

聚变生成的铁元素在大质量恒星的内部聚集,最终在中心形成一个巨大的铁核心,由于铁元素无法继续聚变,所以恒星释放的能量将越来越弱,在恒星强大的引力作用下,引力逐渐占据主导,一旦达到临界状态,恒星就会彻底失衡,恒星体积急剧收缩,然后发生反弹,引发超新星爆炸。

恒星核聚变的终点是铁元素,但是我们太阳的聚变过程到达不了铁!

以上就是一颗恒星的演化过程,大质量恒星会经历所有的过程,最终生成铁元素;但是对于中小质量恒星来说,其核心温度有限,可能进行到某步就停止了。

以我们的太阳为例,太阳属于中等质量恒星,目前主要进行着氢元素的聚变,预计在55亿年后,将引发氦元素的聚变,届时太阳也将演化为一颗红巨星,其表面也将延伸到地球轨道处,随后太阳核心温度无法引发碳、氖、氧的聚变,所以最终形成以碳、氖、氧为主的白矮星。

恒星核聚变的终点是铁元素,但是我们太阳的聚变过程到达不了铁!

对于更小质量的恒星,在氢元素聚变结束后,其内部温度甚至无法引发氦元素的大量聚变,最终形成以氦元素为主的白矮星。

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