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铁元素是核聚变的最终产物,那么恒星为什么不会变成一个大铁球?

在宇宙诞生之后不久,各种物质在万有引力以及电磁力的作用下互相吸引,并逐渐演化成了形形色色的天体。因为已知的宇宙中,氢元素的丰度远远超过了其他的所有元素,所以宇宙中那些体型较大的天体,其氢元素的含量总是非常高的。


万有引力虽然是自然界最弱的力,但是它只有吸引力,还可以无限叠加,并且它的作用范围在理论上可以达到无限远,因此当一个天体的质量达到一定程度的时候,万有引力就会起到主导作用,它的目标只有一个,就是无限地将天体向内压缩。

我们都知道,压缩是会产生热量的,所以在那些大型天体的核心,必定都是高温高压的环境。高温可以使原子的运动速度增加,高压可以缩小原子的活动空间,当温度和压强都很高的时候,天体内部的原子核就会不避免地发生融合。


于是小的原子核融合成了大的原子核,并且因为质量亏损而释放出大量的能量,这个过程就被称之为“核聚变”。通常情况下,我们把这种因为自身重力而在其内部点燃核聚变的天体,称为“恒星”。

越重的元素,其发生核聚变的条件就越高,因为氢是最轻的元素,所以恒星的核聚变通常都是从氢的核聚变开始。核聚变产生的能量会暂时阻止恒星坍塌进程,但一旦当前的核燃料用尽,恒星内部的抵抗力就会消失,这时恒星就会继续坍塌。


进一步的坍塌就会产生更高的温度以及压强,这可以使更重的元素发生核聚变,这时恒星的坍塌进程又暂停了,直到这种元素耗尽,然后再继续进行……

我们可以看到,如果一颗恒星的质量足够大,那么在它的核心就会启动一轮又一轮的核聚变,并生成越来越重的元素。


但这个过程不是无限进行的,这是因为并不是所有的元素发生核聚变时都会释放出能量,当核聚变进行到铁元素的时候,核聚变反应就变成了吸能反应,也就是说,所有恒星的核聚变只能进行到铁元素。

现在就有了一个问题:既然铁元素是核聚变的最终产物,那么恒星为什么不会变成一个大铁球?


从前面所讲的我们可以知道,恒星的内部随时存在着两种力量的较量,其中一方是自身重力向内压缩,另一方是核心核聚变向外辐射,只有在这两种力量保持平衡的时候,恒星才可以稳定地存在。

而当恒星的核聚变进行到铁元素的时候,其内部就会骤然失去抵抗自身重力的力量,这会导致恒星的外部物质以极快的速度向内坍塌,从而引发威力巨大的超新星爆发。


简单地讲,就是恒星根本没有机会积累到足够的铁元素,在变成一个大铁球之前,恒星早就发生超新星爆发了。也正是因为如此,很多人都将铁元素称为“恒星杀手”。

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