恒星被稱為“元素制造廠”,這一天文現(xiàn)象卻是“重元素速成時(shí)刻”
我們所能看到的物質(zhì)世界,都是由各種元素組成的,我們身邊的各種物品,包括我們自身都是由各種元素組成的,這些元素大部分都是恒星所創(chuàng)造,因此科學(xué)家們常常把恒星稱之為“元素制造工廠”。

那么恒星都能制造哪些元素呢?元素周期表上氫以上的一直到鐵元素之間的20多種元素恒星都能制造,它們分別是氦、鋰、鈹、硼、碳、氮、氧、氟、氖、鈉、鎂、鋁、硅、磷、硫、氯、氬、鉀、鈣、鈧、鈦、釩、鉻、錳、鐵,到了在恒星內(nèi)部鐵元素被制造出來(lái)的時(shí)候,無(wú)論是什么樣的恒星?它的壽命基本上就到頭了,專業(yè)一點(diǎn)的說(shuō)法就是恒星主序星階段要結(jié)束了。

不過(guò)恒星是無(wú)法制造最原始的氫元素的,因?yàn)闅湓氐暮铣尚枰獦O高的溫度和壓力,恒星內(nèi)部雖然溫度也很高,壓力也很大,但是距離能形成氫元素所需要的高溫高壓條件還很遠(yuǎn)。宇宙中氫元素的含量達(dá)到了所有元素總量的90%以上,它們基本都是宇宙大爆炸之初就制造出來(lái)的,也只有在那個(gè)時(shí)刻才有氫元素形成的高溫高壓條件,與氫元素一起形成的還有部分的氦元素,但是由于恒星形成的時(shí)候都以氫元素居多,恒星開(kāi)始核聚變也都是從氫元素開(kāi)始的,而氫元素的聚變會(huì)成為氦元素,因此恒星是可以制造氦元素的,我們的太陽(yáng)如今正是氫元素聚變中。


隨著核聚變的進(jìn)行,恒星內(nèi)部的溫度會(huì)漸漸升高,到了一定的溫度的時(shí)候,就會(huì)點(diǎn)燃氦元素的聚變,這個(gè)時(shí)候恒星會(huì)發(fā)生氦閃,恒星的內(nèi)部活動(dòng)也會(huì)進(jìn)入不穩(wěn)定的狀態(tài),接下來(lái)恒星還會(huì)聚變生成更高級(jí)的元素,只要恒星的質(zhì)量足夠,它就會(huì)一路聚變到鐵元素。

當(dāng)鐵元素在恒星內(nèi)部開(kāi)始被制造出來(lái)的時(shí)候,就會(huì)發(fā)生超新星爆發(fā)了,這是因?yàn)殍F元素的聚變不會(huì)釋放能量,反倒會(huì)吸收能量,因此當(dāng)鐵元素的恒星內(nèi)部出現(xiàn)的時(shí)候,恒星內(nèi)部的輻射壓就會(huì)趨向于消失,那么恒星外部的物質(zhì)就會(huì)向內(nèi)部坍縮,巨量的物質(zhì)砸到恒星的中心,提高的溫度和壓力之下會(huì)造成新的星體,它們就是中子星,夸克星或者黑洞了。

不過(guò)宇宙中大部分的恒星質(zhì)量都到不了可以發(fā)生鐵核聚變的程度,一般認(rèn)為原始質(zhì)量超過(guò)太陽(yáng)8倍的恒星才會(huì)發(fā)生鐵核聚變,但是宇宙中的恒星與紅矮星居多,比如在銀河系中,恒星的數(shù)量占到了80%以上,這種星體的質(zhì)量只在太陽(yáng)的8%~50%之間,不過(guò)它們的壽命會(huì)非常長(zhǎng),會(huì)長(zhǎng)達(dá)幾百到上萬(wàn)億年,但是這樣的恒星一般只能聚變氫元素,也就是它們只能制造氦元素,當(dāng)氫元素被聚變得所剩不多的時(shí)候,它們會(huì)漸漸熄滅,最終成為一顆黑矮星。

而像橙矮星,黃矮星,藍(lán)矮星這樣的星體質(zhì)量也達(dá)不到聚變鐵元素的程度,它們內(nèi)部的高溫高壓也有各自的限度,所以它們最終會(huì)在聚變到某一個(gè)元素階段的時(shí)候停止聚變,形成白矮星。


那么鐵以上的元素從哪里來(lái)的呢?前面講到了超新星爆發(fā),其實(shí)大量的鐵以上的元素都是超新星爆發(fā)時(shí)刻的一瞬間產(chǎn)生的,因?yàn)楹阈浅滦潜l(fā)的時(shí)刻可以瞬間釋放巨大的能量,相當(dāng)于太陽(yáng)百億年核聚變能量的幾十倍,這使得恒星的內(nèi)部的高溫高壓瞬間提升到極高的幅度上,一般認(rèn)為超新星爆發(fā)可以達(dá)到1500億攝氏度,是太陽(yáng)內(nèi)部最高溫度的1萬(wàn)倍,于是鐵元素以上很多的元素都可以在這一瞬間被制造出來(lái),因此超新星爆發(fā)又可被稱為“重元素速成時(shí)刻”。這也告訴我們,恒星漫長(zhǎng)的一生雖然能制造20多種元素,但其死亡瞬間卻可以制造更多的元素。

另外還有一種重元素制造方式,就是中子星碰撞了,中子星碰撞可以產(chǎn)生高達(dá)3000億攝氏度的高溫,元素周期表上后面的一些密度非常高的元素大都是中子星制造出來(lái)的,比如黃金等,因此中子星碰撞也可以被稱為“最重元素速成時(shí)刻”。不過(guò)中子星是已經(jīng)脫離恒星主序星階段的星體,一般認(rèn)為它屬于一種恒星殘骸。
