恒星：为什么铁元素会杀死恒星？核聚变|超新星爆发

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在宇宙诞生的最初几分钟里，宇宙拥有极高的温度和密度，氢和氦元素在此期间大量被合成出来。然而，空间快速膨胀，宇宙的温度和密度迅速下降，原初核合成只有条件合成出大量的氢、氦，以及极少量的锂和铍，但来不及合成其他更重的元素。
我们身上包含了许多重元素，例如，碳、氧、铁，以及还有比铁更重的铜、碘等元素。那么，这些元素都是怎么来的呢？
可以说，多亏了恒星，尤其是大质量恒星，才有了后来的地球生命。宇宙大爆炸制造出了大量的氢和氦气体云，在宇宙足够冷却之后，它们会在引力的作用下坍缩形成恒星。在重力不断挤压下，核心区域的温度变得很高，氢原子核获得了足够高的动能，它们之间能够克服电磁力的排斥作用，发生碰撞，结合成氦原子核。氢核聚变是所有恒星的第一阶段，我们的太阳目前正处于这样的阶段。
当恒星核心中的氢元素耗尽之后，积累在核心的氦元素会通过3氦过程，互相碰撞形成碳元素。接下来，碳又会与氦结合成氧，氧还会进一步与氦结合成氖。对于宇宙中的大部分恒星，也包括太阳在内，核聚变只会进行到这一程度，之后将会膨胀为红巨星，最终核心坍缩为致密的白矮星。
但对于那些质量在太阳8倍以上的大质量恒星，随着不断的引力坍缩，核心温度可以上升到30亿度，它们可以启动硅核聚变。在这个过程中，硫、氩、钙、钛和铬等重元素相继合成。
不过，硅燃烧过程是有限的，不会无限产生更重的元素。事实上，这个过程的持续时间非常短暂，通常只有一天。因为一旦合成出恒星“杀手元素”——铁，整个核聚变过程将会很快宣告结束。
在铁之前的元素，比结合能随着质子数的增加逐渐增大，原子核变得越来越稳定。这些元素发生核聚变生成更重的元素，将会释放出能量，所以核聚变能够不断进行下去。然而，拥有最大比结合能的铁原子核发生核聚变之后，产生的能量还没有吸收的多，所以铁核聚变会吸收能量。
一旦恒星核心区域的能量被铁核聚变所吸收，辐射压会迅速下降，引力坍缩效应占据主导作用。恒星原有的平衡会被打破，核心遭受引力的强烈挤压之后，将会引爆恒星，导致超新星爆发。
在超新星爆发过程中，将会释放出巨大的能量和自由中子，铁原子核可以俘获中子，合成出铜、碘等重元素，甚至是铀这样的超重元素（近些年的观测表明，中子星碰撞也会产生重元素）。虽然铁元素杀死了恒星，但也引发了更重元素的合成，这为地球生命的诞生创造了条件。
【恒星：为什么铁元素会杀死恒星？】46亿年前，太阳附近的超新星爆发不但送来了重元素，而且还引发太阳系的形成。我们身上的重元素曾经都是那颗大质量恒星的一部分， “我们都是星尘”这句话的含义就在于此。