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为什么核聚变到产生铁元素时就停止了?

 昵称tfKn5 2019-02-01

大质量恒星的核心通过核聚变反应会逐渐合成越来越重的元素,这些元素会在中心逐渐富集。当铁元素被合成出来之后,它们也会集中到恒星的中心。然而,不像题主在问题描述中所设想的那样,铁周围的那些情核元素是无法再进行核聚变的,因为反应所需的温度和压力是不够的。而至于为什么当恒星合成出铁之后,核聚变反应将会宣告终止,这与恒星本身的动态平衡有关。

恒星需要源源不断的核聚变反应来向外辐射出巨大的压力,以此才能对抗自身的重力,这种流体静力学平衡贯穿恒星演化周期的大部分时间。之所以核聚变反应能够不断维持下去,是因为它们产生的能量要比吸收的能量更多,所以总得来说,恒星是在净输出能量,在铁之前的元素都符合这种过程。

然而,到了铁之后,其比结合能达到了极大值,这要大于比铁更轻和更重的元素。因此,铁的核聚变反应是在净吸收能量,因为该反应产生的能量少于吸收的能量。这样就会使恒星的重力占据主导作用,流体静力学平衡被打破,导致恒星内部受到强烈挤压而引发剧烈的超新星爆炸。

从这里可以看出,恒星的核聚变反应在产生铁元素之后并没有停止,而是铁还会进一步发生核聚变反应,结果会产生更重的元素,比如镍:

只是铁的核聚变反应会迅速消耗巨大的能量,这会导致恒星在短时间内失去平衡,最终发生超新星爆发。此后,铁会俘获中子继续合成其他重元素。

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