地球上的元素哪儿来的?感谢两代恒星、感谢中子星( 二 )



铁元素对于恒星来说,实际上是一种致命的毒药,因为在聚变其他元素时,都能产生能量,虽然能量越来越少,但聚变铁,不但不会产生能量,甚至要吸收能量 。
它夺走了那颗恒星维持生命所需的能量,所以当恒星花了一天时间把硅聚变成铁之后,在核心制造铁的那一刻,只需1秒左右的时间,恒星就会崩塌、死亡和爆炸 。
这次爆炸被称为超新星,它是是宇宙中最明亮、最剧烈的事件之一 。它释放出的能量足以使太阳在其整个生命周期中所释放出的能量相形见绌,并且在它有生之年所创造的元素,都被分散到太空中 。
爆炸留下的气体被称为超新星残骸,是一个膨胀的气泡,其中含有氢、以及混合有来自恒星核心的碳、氧、硅和铁 。
超新星残骸之所以还含有氢,是因为那颗恒星并没有把所有的氢燃烧殆尽 。事实上,它只燃烧了很少部分的氢,它所消耗的是恒星核心的氢,至于恒星外层的大量氢根本就完好无损 。
所以大质量的恒星的命运很悲惨,明明有把大量的“食物”却吃不到,最后只能在“饥饿”中爆炸 。
所以,我们造汽车底盘、车身、挡风玻璃和座椅的材料都是由这些恒星以超新星的形式提供给我们的 。我们要感谢它们,它们的“牺牲”换来了我们这个世界中的这些元素 。

地球上的元素哪儿来的?感谢两代恒星、感谢中子星

文章插图
这是著名的蟹状星云,早在宋朝我国古人就观察到这个“客星”

但是,我们此是还造不了汽车,因为还有关键部件,如汽车电子产品的铜,尚未制造出来 。为了制造这种至关重要的金属,新一代恒星必须以一种更为奇特的方式死去 。
当老一代恒星遗留下来的膨胀的超新星遗迹撞上邻近的气体云时,产生冲击波的压力就成了新一代恒星的完美托儿所 。
这就是宇宙的循环,恒星生存规律,它们过着自己的这种生活方式:它们死亡、膨胀、爆炸,然后将它们的物质注入气体云,接着形成含有较重元素的新恒星 。
就这样,再次重复这个循环 。
形成这些第二代恒星的气体中,充满了超新星抛出的碳、铝和铁 。如果第二代恒星也是大质量恒星的话,它们的寿命也同样短暂,只有区区几百万年的寿命 。
但它们经历了不可思议的蜕变,恒星迅速膨胀到原来的100倍,然后冷却并变成一个红色的幽灵,一颗第二代恒星已经变成了一颗红色的超级巨恒星 。在扩散的外层,铁慢慢地转化为铜,但不是通过聚变 。
铁原子核有26个质子,这是一个很大的电荷,所以它会击退任何我们试图射入的质子 。那么,怎样才能让更多的质子进入呢?
我们把质子放进去的方法就是欺骗原子核,我们不是用质子去射击,而是用中子射击 。恒星外层相撞的原子,有时会吐出中子,中子没有电荷,所以它们不会被铁星尘中带正电的质子排斥 。
这些中子能够附着在铁原子的周围,原子是一个很小的东西,所以它是一个非常很小的目标,但是在恒星的外层附近有很多的粒子在飞来飞去,如果一个中子偶然击中一个原子,它就会被粘住,这实际上会使原子核变大 。
一个接一个的中子击中一个原子,然后这个中子实际上可以衰变为一个质子,中子自发地分裂出一个电子,电子被射出,质子被留下,这个过程把铁变成铜 。
科学家称这种神奇的转换为“β衰变” 。
所以你可以通过捕捉中子,在数千年或数百万年的过程中,缓慢地积累重元素 。最终,红色超级巨星的核心耗尽燃料,恒星爆炸,将其富含铜的外层炸入太空……


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