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恒星核聚变到了铁打止了，那么宇宙中的重金属元素是怎么产生的？

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发布时间：2019-02-08加入收藏来源：互联网点击：

问题补充： 难道是上帝创造的？

回答于 2019-09-11 08:43:50

回答于 2019-09-11 08:43:50

如题目所言，铁是恒星热核聚变所能够合成的最重元素，这当然是对于大质量恒星而言。像太阳这种质量的恒星，当生命终结时，只能从氢到氦，再聚变到碳为止，最终的碳核不会继续聚变。但更大质量的恒星在氢氦燃烧殆尽时，还可以继续燃烧碳核，产生更重的元素钠，镁等，一直到铁元素。

而铁的原子核的集合能是最大的，所以恒星聚变到铁的阶段，就不可能继续燃烧了。这时就不再有核聚变反应的张力来对抗恒星巨大的引力，大质量恒星中心的铁核就开始加速坍缩，剧烈的坍缩出现后，恒星外层的物质也会向内坠落，在这个时候就出现了超新星爆发。恒星的外壳会在超新星爆发中被抛射向宇宙，而中心的内核会以中子星或者黑洞的形式存在。

超新星大爆炸的极端高温高压状态，就会合成出被铁更重的元素，例如黄金等重金属元素，从而抛向太空，这些超新星的各种抛射物可能成为新一代恒星系的原料，形成新的恒星系统就像我们现在的太阳，地球以及生命。

回答于 2019-09-11 08:43:50

现在人类已知宇宙中有118种元素，元素的种类是以原子核中质子数为标准来确定的，原子核从1个质子，到118个质子，在元素周期表中排列成118种元素。铁元素在元素周期表中位列第26位。也就是说，在铁元素之后，还有92种元素。

恒星核聚变的条件

何谓核聚变？核聚变就是在高温或高压条件下，氢原子核通过融合变成相对更重的原子核的过程，在这个过程会损失一部分质量，这些质量严格遵循爱因斯坦质能方程，转换成巨大能量释放出来。

现代宇宙天文学常识告诉我们，宇宙大爆炸初期，最早形成的元素只有氢和氦，还有极微量的锂，锂以后的115种元素都是没有的。宇宙大爆炸10亿年左右，原始星云才凝聚形成了恒星，从此恒星成为可见宇宙的主要组成，占总质量90%以上。

由于恒星巨大质量形成的高温高压，在核心部分会激发核聚变。由于宇宙元素主要是氢和氦，即便到现在宇宙已经有了118种元素，氢和氦在宇宙中的丰度依然占99%左右，其中氢的质量占有75%（体积占90%左右），因此所有的恒星核心核聚变都是从氢开始，逐步发展到更重元素。而氢核聚变是所有恒星维持主序星阶段的主要动力。

主序星阶段是恒星最稳定时期，占恒星总寿命的90%时间；恒星其余寿命时间发生在形成阶段和氢核聚变结束后的演化晚期，这段时间是恒星不稳定的快速变化阶段。

核聚变的条件要求很高，越重的原子核，聚变要求的温度和压力越高。恒星巨大的引力向心压力，相对降低了核聚变的温度要求，一般来说，恒星氢核聚变所需温度需要1000万K，氦核聚变温度需要2亿K，碳核聚变温度需要8亿K，氧核聚变小15亿K，硅核聚变需要35亿K。

质量越大的恒星，核心引力压力越大，温度越高，核聚变就越激烈，氢燃烧得就越快，这样寿命就越短。质量越小的恒星，核聚变就越温和缓慢，因此寿命就越长。

太阳核聚变最多生成碳，大质量恒星最后生成铁

太阳核心温度只有1500万K，压力达到3000亿个地球大气压。这种温度压力只能进行氢核聚变，每四个氢核聚变成一个氦核，在这个聚变过程会亏损约0.7%的质量，根据爱因斯坦质能转换公式，释放出相应的能量。太阳核聚变每秒钟转化氢核6亿吨，融合出5.958亿吨的氦，有420万吨质量转化为3.78*10^26J（焦耳）的能量。

太阳的这些能量一方面产生巨大辐射压，抵消了引力的坍缩压力，让太阳一直维持着稳定的状态；另一方面以电磁辐射的方式，将能量传递到太阳表面，并源源不断地释放到太空，地球承接到其中22亿分之一。

太阳的主序星阶段可以维持100~110亿年。现在太阳年龄约46亿岁，寿命还有54~64亿年。太阳核心的氢烧完了，太阳大限就到了，进入衰老期，这个阶段很短，只有约1~5亿年左右。

这时的太阳会变得很不稳定，核心氢烧完，只剩下一个氦核，氦核聚变的温度和压力要求更高，太阳核心温度压力达不到氦核聚变要求，核聚变就熄灭了。没有了核聚变巨大辐射压抵消外围巨大引力压，恒星就会向内坍缩，这样就会导致核心压力和温度急剧增高，就点燃了氦核聚变。

氦核聚变的巨大辐射张力，让恒星外壳膨胀，太阳就会渐渐变成一个红巨星，半径增加到现在的250~300倍，而且外围物质不断飘散到太空，质量越来越小。

这样的过程不断发生，就依次点燃了一路向上的重核聚变。但像太阳这样质量的恒星，最终的压力和温度只能将核聚变升级到碳，就再也没有能力升级了，最终太阳外围物质散尽，核心只留下一个小小的碳球，这个碳球体积只有约地球大小，质量却有太阳一半，这就是致密的白矮星，密度可达1~10吨/cm^3。

如果宇宙只有太阳这样质量的恒星，元素就只能到碳了。碳核只有6个质子，在元素周期表里排列在第6位，如果恒星核聚变都像太阳这样，到碳结束，后面还有112个元素就没有了。

好在宇宙中还有10%左右更大的恒星，现在已知宇宙中最大质量恒星约为太阳的200多倍。恒星质量只要超过太阳8倍，核心压力和温度就可以让核聚变一路升级，一直到铁结束。

这以后，质量再大的恒星，核心核反应也只能达到铁为止了。这是为什么呢？

这是因为铁56原子核的稳定性最高。

原子核中将质子中子束缚在一起的力叫强力，中子呈中性，质子带有正电，这样质子与质子之间就同性相斥，具有相互排斥的电磁作用力。在四大基本力中，强力比电磁作用力大100倍。但强力属于短程力，作用范围只有10^-15m（米），而电磁作用力是长程力，理论上作用距离无限长。

这样，这两种力就会在核子里产生一些相互制衡的微妙关系。质子排斥力虽然很大，但在原子核范围内，还是受到强力支配，被紧紧束缚在一起。这其中，中子也起到了稳定作用。一般当原子序数较小时，质子数量不多，原子核半径小，强力就起到了主导作用。

原子核强力会随着原子序数的叠加，也就是从氢元素1个质子开始，随着原子核质子数的增加，强作用力会越来越大，原子核也就更稳定；但随着原子核半径越来越大，质子的电磁作用力（排斥力）也会不断叠加。当原子核的质子数到达一个阈值，距离核心较远的质子排斥力就有可能超过强力，这样这个原子核就变得不稳定了。

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