恒星核聚变已经进入尾声,那么宇宙中的重金属元素是如何产生的呢?

如题,铁是恒星热核聚变能合成的最重的元素,这当然是针对大质量恒星的。这种质量的恒星,像太阳一样,只能在生命结束时从氢聚变为氦,然后聚变为碳,最终的碳核不会继续聚变。然而,当氢和氦燃尽时,质量更大的恒星可以继续燃烧碳核,产生更重的元素,如钠和镁,一直到铁。

铁核的聚集能量最大,恒星融合成铁就不可能继续燃烧。此时不再有核聚变反应的张力来抗衡恒星的巨大引力,大质量恒星中心的铁核开始加速坍缩。剧烈坍缩后,恒星外层的物质也会向内坠落,此时就会发生超新星爆炸。恒星的外壳会在超新星爆发中被喷射到宇宙中,中央核心以中子星或黑洞的形式存在。

在超新星爆发的极端高温高压状态下,会合成比铁重的元素,比如金等重金属元素,抛向太空。这些超新星抛射物可能成为新一代恒星系统的原材料,形成新的恒星系统,就像我们现在的太阳、地球和生命一样。

你可能不相信,我们常见的金、银、铜等重金属都来自超新星爆发!

铁,以及铁之前的元素,如碳、氧、钙等元素,都来自恒星的核聚变。在这个过程中,原子序数低的元素会与原子序数高的元素结合,同时产生能量。比如氢可以结合成氦,同时产生能量。

但这个过程不可能永远持续下去。一旦元素的序数超过铁,核聚变就无法产生能量。反之,会吸收能量。如果一个反应吸收了能量,只要没有外界能量输入,它就是不可持续的。

所以铁之后的元素不是核聚变产生的,而是超新星爆炸产生的。

超新星爆发的主要能量通常来自引力。恒星自身的核反应无法支撑自身质量后,就会开始坍缩。同时引力势能转化为巨大的热能,引发超新星爆发。

在这个过程中,可以发生吸热核聚变,产生我们今天熟悉的铜、金等重金属。

因为铁的核聚变反应会消耗恒星的能量,会造成恒星内部的不平衡,进而无法继续核聚变合成更重的元素。就已知情况而言,超铁元素有两个来源。

首先是大质量恒星的超新星爆发。当铁的核聚变引起恒星爆炸时,会产生相当数量的自由中子。通过慢中子和快中子过程,铁原子可以捕获自由中子,然后不断合成宇宙中自然存在的各种超铁元素,从第27号元素钴到第94号元素钚。核聚变合成的重元素和铁原子俘获中子合成的超铁元素会随着超新爆炸释放到太空中,成为新行星系统的原料,为生命的出现提供了重要基础。构成地球生命的重元素都来自太阳系形成前的一颗超新星。

第二个是两颗中子星的合并。根据去年发现的中子星首次引力波事件,中子星碰撞产生的碎片也会演化成重元素,比如金、铂等。

恒星之所以会聚变为铁,是因为铁原子核中质子、中子以及质子和中子之间的结合能是所有原子核中最大的,也就是说,每一个加到比铁原子核小的原子核中的质子或中子都会释放能量,每一个聚变为铁原子核后的质子或中子都需要吸收能量。所以如果你想产生比铁更重的元素,也就是比铁原子核更重的原子核,你需要大量来自外界的能量。

此前,人们认为所有这些重元素都来自红巨星和超新星爆炸。事实上,通过核物理计算发现,红巨星阶段小质量恒星的原子核俘获的中子是大部分碳氮和少量较重原子核的来源(图中绿色部分),而超新星爆炸阶段大质量恒星的原子核俘获的中子是大部分轻元素的来源(图中黄色部分),其余来自白矮星爆炸(图中银灰色部分)。

但是核物理的计算也发现,上述过程不会产生那些较重的放射性元素的原子核,只有中子星与宇宙中这种罕见的高能事件合并才能产生这些原子核(图中紫色部分)。因为没有中子星并合的直接观测结果,直到去年还只是一个假设,但是去年夏天LIGO观测到的引力波事件GW170817直接证明了中子星并合事件的存在,为这个问题画上了一个圆满的句号。

恒星核聚变确实以铁结束。

宇宙中的重元素,如金、银等,都是超新星爆发时产生的。

一些比较大的恒星,在演化后期,热量不足以维持恒星的引力,所以会向内坍缩,坍缩过程中物质结构会发生爆裂。在这个过程中,由于巨大的引力势能转化为热能,加上高温,发生了超新星爆发。这个爆炸的瞬间就是重金属元素的形成。

这是目前的主流观点。

那么,恒星超新星爆炸后的残留物是什么呢?答案是中子星。中子星不再是正常的物质,所有这些原子都被重力压碎了。因此,你可以认为金、银等重金属元素是中子星产生过程中的逃亡者。这些逃亡者保留了原子结构,但变成了重金属原子。

当然也不排除有其他物质机制可以产生重金属元素。尤其是宇宙早期,温度很高,在这个熔炉里,重金属原子的原子核也可能产生——当然这种情况很难发生,但也有小概率。

氢、氦、锂、铍、硼、碳、氮、氧、氖、钠、镁、铝、硅和磷...对于大多数人来说,化学“元素周期表”当然并不陌生。然而,除了氢和氦,宇宙中其他重元素是如何形成的,仍然是一个未解之谜。

目前科学界普遍认为,一些重元素是恒星中氢和氦的核聚变反应产生的。恒星爆炸成超新星后,会形成其他重元素。然而,最近发表在《物理评论快报》上的一个新的理论模型显示,微型黑洞可能会从内部摧毁中子星,也可能会产生重元素,包括珍贵的黄金。此外,还有一些关于重元素来源的其他推测。

重元素在超新星爆炸中诞生。

大质量恒星核心的核聚变产生铁及其之前的重元素后,恒星会剧烈坍缩形成超新星爆炸。恒星中的铁元素会在高温高压下与自由中子、电子和质子发生反应,产生铀之前的所有重元素。

目前科学界的主流观点认为,在大爆炸后的时期,太空中充满了氢、氦等最常见的轻元素,宇宙中的一些重元素来自恒星内部的核聚变。

科学家指出,在极高的温度和压力下,原子核外的电子可以摆脱原子核的束缚,使两个原子核相互吸引,碰撞在一起,就会发生核聚合,生成质量更重的新原子核。这叫做核聚变。铁之前的重元素都是恒星内核核聚变产生的。

恒星诞生初期的所有能量都来自于氢积累成氦。聚变是恒星抵抗自身引力坍缩的能量来源。当大质量恒星上的氢燃尽后,会在自身重力作用下坍缩,使核心温度和压力大大增加,进而达到氦聚变生成碳氧的条件。当氦气逐渐消耗,恒星又开始坍缩,温度和压力进一步上升,碳和氧融合产生硅。然后,以同样的方式,硅熔化产生铁。因为铁聚变产生的能量得不偿失,聚变到铁的链条就停止了。此时恒星最外层到最内层依次是氢、氦、碳、硅、铁。

但是恒星的进化并没有完全停止在这一点上。因为恒星的高温不足以“煮熟”铁之后的元素,比如铜、镍、锌、铀。为了促进这些重元素的诞生,我们需要一个更大的熔炉,那就是超新星爆发。

科学家指出,大质量恒星产生一个铁核后,该核会因聚变反应停止而剧烈坍缩,形成超新星爆炸。铁会在极高的温度和压力下与自由中子、自由电子、质子和其他原子核发生反应,产生铀92之前的所有重元素,并随着超新星爆炸扩散到太空中。

当两颗中子星相撞时,一些物质会被抛入太空。这些物质富含中子,许多中子会射向“种子核”,从而形成原子量不断增加的元素。

虽然大多数科学家认为,自然界中大约一半的稳定重元素,从铁到铀,都是在生命末期发生超新星爆炸时产生的。然而,一些科学家给出了不同的可能性。他们指出,这些重元素的起源可能是一种更猛烈、更罕见的机制——超高密度中子星之间的碰撞。

中子星是恒星衰变和超新星爆发后留下的遗迹,密度极高。直径数百公里的中子星,质量可以和太阳一样,甚至更大。在地球上,如果你捧一勺中子星物质,这一勺物质的重量会达到50亿吨。

虽然大多数中子星都是单独的,但是两颗中子星会形成一个双星系统。它们可以围绕对方旋转十亿年,但在这个过程中会逐渐相互靠近,直到有一天,两颗中子星最终陷入毁灭性的碰撞。

美国哈佛史密森天体物理中心的科学家埃多·伯格(Edo Berg)表示,此时两颗中子星的大部分物质会进一步坍缩,形成黑洞,而另一部分则会被抛向太空。这些物质富含中子,中子会形成原子量不断增加的元素。加州大学伯克利分校的天体物理学家丹尼尔·卡森(Daniel Carson)解释说,你需要大量的中子,并将它们射向那些“种子核”,以合成金、铅或铂等重元素。就像汽车挡泥板上堆积的泥巴。

科学家得出这个结论是因为伽马射线爆发。这个伽马射线爆发距离地球大约39亿光年。虽然持续时间不到0.2秒,但其红外余辉可持续数天。科学家将观测结果与理论模型进行对比后得出结论,这是大量重金属元素形成后产生的放射性辉光,这些重元素是在一次中子星碰撞事件中产生的。

卡森对这次碰撞进行了粗略的估算,认为在这次事件中产生了相当于地球质量20倍的黄金。这些黄金足够装满100万亿个油桶。而且,这次撞击事件中产生的铂量甚至是黄金的7倍。

此外,科学家还在一个矮星系——尼日座位二(Netherseat II)的9颗最亮恒星中发现了7颗含有许多重元素的恒星,这比在任何矮星系中发现的都多。科学家说,这些恒星中的重元素比在其他类似星系中观察到的重元素多近100倍。在一个矮星系中发现如此多的元素,证明一定存在比超新星爆炸更罕见的东西,比如中子星碰撞,因为大多数超新星爆炸产生的重元素远比晶格上的轻。

黑洞摧毁中子星,成为重元素的来源。

原生黑洞从内部吞噬中子星,使中子星迅速收缩并自我转化,最终导致部分零件被甩出体外。这些富含中子的分离部分可能是重元素的来源。

一些研究人员推测,宇宙中的重元素(如金、银、铂和铀)可能是在早期宇宙诞生时借助黑洞形成的。

在BIGBANG中,它不同寻常的强度会把一些物质挤压得很紧,形成“原始黑洞”。这种黑洞不是恒星坍缩形成的。理论上,原始黑洞比普通黑洞要小,甚至小到肉眼看不见。

在这项最新研究中,研究人员认为,原生黑洞将与中子星相撞,中子星几乎完全由中子组成,密度非常大,原生黑洞将沉入中子星的中心区域,并从内部吞噬它们。加州大学洛杉矶分校的理论物理学家亚历山大·库申科(Alexander Kusenko)认为,当这种情况发生时,黑洞会从内部吞噬中子星,这个过程可能会持续大约1万年。之后中子星会随着自身的收缩越转越快,最终导致一些小零件被甩出体外。这些富含中子的分离部分很可能是重元素的来源。

不过,库申科也表示,中子星捕获黑洞的可能性很低,这与只有少数星系富含重元素的观测结果一致。早期宇宙形成的黑洞与中子星碰撞产生重元素的理论也解释了银河系中心区域中子星的稀少。据了解,今年晚些时候,库申科和他的同事将与普林斯顿大学的科学家合作,对中子星与黑洞相互作用产生重元素的过程进行计算机模拟,并希望将模拟结果与邻近星系的重元素观测结果进行比较,以判断地球上存在的金、铂和铀是否来自早期宇宙的黑洞。

答:比铁重的原子可以通过其他方式产生,比如超新星。

在原子的平均核质量中,铁的平均核质量最低。

意味着铁-56是最稳定的原子;

(1)比铁小的原子可以聚变,同时释放出巨大的能量;

(2)比铁大的原子可以发生裂变,也会释放出巨大的能量;

(3)但当铁原子聚变产生更重的原子时,会吸收大量能量;

恒星形成演化理论指出,铁原子的聚合反应需要60亿度以上的高温,而恒星内部的最高温度只有几亿度,所以恒星内部的温度不足以进行铁原子的聚合反应,恒星内部的核聚变以铁为终点。

然而,在演化的末期,一颗大质量恒星可能会爆发成超新星。超新星爆发的瞬间,内部会形成数十亿度的高温,可以满足铁原子聚变的条件,从而产生更重的元素。

有一种说法是,我们每个人体内储存的重元素来自地球形成前的一次超新星爆发。

此外,除了超新星爆发,中子星合并等剧烈的天文事件也可能满足铁原子聚变的条件。

就铁而言,是大质量恒星的专利。比如我们的太阳还没有机会接触到铁,但是会用碳和氧完成。

那么宇宙中的金银等重元素是怎么来的呢?

大质量恒星的核聚变可以产生比铁更多的物质。大爆炸中初级核合成的初始阶段,主要产生氢、氦和锂(少量)轻核。铍、硼、锂等轻核可以通过宇宙射线引起的聚变反应合成。

硼之后的元素是由恒星及其恒星事件合成的。

比如低质量恒星,比如太阳,可以演化成白矮星,最终会生成由碳和氧组成的白矮星。当然,如果恒星质量较大,白矮星将由氧、氖和镁组成。

大质量恒星(通常是8倍太阳质量以上的恒星)会发生超新星爆炸。超新星爆炸是重元素的加工厂,宇宙中剧烈的天文事件可以生成金、银、铂、汞、铅等重元素。

超新星爆炸会抛出很多重元素。)

另外,比如中子星的合并,黑洞的碰撞,中子星和黑洞的碰撞也会抛出重元素。

所以重元素的产生离不开高温高压,像黄金这种在宇宙中非常稀有的东西,这也是为什么各国都用黄金作为储备,而不是更昂贵的首饰。

拙见,欢迎评论!这个回答原来是一个游戏科幻迷写的。感谢您的关注。让我们一起想象,一起遨游宇宙!送人玫瑰,手有余香!

首先要明白核聚变有两个重要的前提。第一,恒星内部的温度和压力足够高,但是压力不能太高,否则整个恒星会很快坍缩,也就是说核聚变产生的向外推力需要和恒星自身产生的向外引力相平衡!

这个严格的要求也解释了为什么恒星有最小和最大质量要求。如果质量太小,就无法形成恒星,因为内部温度和压力达不到,比如木星。质量太大不好,因为引力太大,肯定会向内塌陷!

正是因为恒星的质量有限,核聚变不可能永远持续,通常到了铁就停止了。

一旦没有核聚变,核聚变和引力的平衡被打破,引力开始占主导地位,整个恒星开始急剧向内坍缩,导致温度和压力迅速上升,在临界值发生剧烈爆炸,超新星诞生了!

超新星爆发产生的能量超乎想象,亮度极高,甚至超过整个星系的亮度。同时,在爆炸的一瞬间,由于极高的温度和压力,铁元素不得不开始聚集在一起,最终形成了我们常见的重元素,随着超新星的爆炸喷发到太空中!

但是,只有质量大的恒星才会最终形成超新星,而太阳大小的恒星不会形成超新星,最终只会形成白矮星!超新星爆炸的结果,除了形成更重的元素,剩下的核心就是中子星或者黑洞!

核聚变以铁结束的说法是因为横星内部的聚变过程只能到达铁,根本原因是与铁聚变后会吸收能量,不像之前的轻元素聚变。这就是为什么当一颗恒星开始产生铁时,就意味着这颗恒星的生命开始走向终结。

当恒星产生铁时,其聚变过程将导致能量被聚变过程吸收。在缺乏能量的情况下,恒星无法再维持其聚变过程,以至于恒星上的物质无法抵抗自身引力,然后行星坍缩,发生超新星爆炸。

超过铁的物质大多来自于超新星爆炸产生的高能量导致的聚变反应,这也让这些重核元素到达了其他区域。

所以说核聚变以铁为终结是不正确的。准确地说,在恒星的正常周期中,内部核聚变以铁结束。目前可以人工合成的元素质量已经远远超过铁,而且在粒子碰撞过程中需要耗费大量能量。