您的位置:首页 > 探索头条 > 正文

恒星都依靠“质子-质子链反应”产生辉煌的光与热

2020/6/30 12:30:32 来源:原创 浏览:

早在北宋至和元年时期,在一望无边的夜空中出现一颗“天关客星”,这颗星星所发出光的亮度,除了“日与月”之外“天关客星”的光度比肉眼所见的一切天体都要耀眼,这是人类历史上有记载的唯一一次肉眼可见的超新星爆炸,恒星质量超过8倍太阳质量的大质量恒星衰亡时的最后光辉时刻,同时也是宇宙景色中最绚烂的景观之一,一颗大质量恒星,往往拥有数千万年乃至数亿年的寿命,但它在死亡时仅仅会短暂地闪烁数天或数百天,人类的生命最长也不过短短百年,若能亲眼观赏到超新星爆炸所带来的眼球感观,或许将来有机会给子孙后代亲口讲述,那真的是人生一大美事。

图解:超新星遗迹——天关客星

为什么天上的星星会爆炸呀?

宇宙中的每一颗星辰,都诞生于浩瀚的气体云团之中,这些星际气体的主要成分是最简单的元素——“氢”。氢分子云在引力的作用下向内收缩、靠拢,形成一个质量越来越大的“氢球”,越来越大的质量意味着越来越大的引力,在外层越来越厚重的气体的挤压下,“氢球”的内核变得越来越热,当内核的温度超过了氢原子之间的“库伦斥力”时,氢核将被挤在一起,一部分氢核将释放出一个正电子与一个中微子,变成中子。之后,氢核与中子结合形成——“氘”,氘与氢结合形成——“氦-3”,两个氦-3结合形成一个氦,并释放出两个质子,这一系列反应被称为“质子-质子链反应”。

宇宙所有正值“青年”与“壮年”的恒星都依靠此反应产生辉煌的光与热,恒星内核中产生的能量向外辐射的同时,也抵抗着迫使恒星向内坍塌的重力,这段描述大家可以大致参考“热胀冷缩”的原理,恒星内核产生的能量越高,恒星就越热,从而越容易膨胀,而恒星的质量越大,其产生的重力就越大,从而越容易迫使恒星收缩,这两种力量相互对抗,相互制衡,于是是恒星有了比较稳定的体积。

“质子-质子链反应”生成的氦元素便堆积在恒星的内核中,当核心中的氢元素渐渐耗尽之时,氢聚变反应放出有能量越来越低,重力便步步紧逼,向内核压来,更大的重力挤压产生了更高的核心温度,使内核中的元素开启氦聚变,氦聚变放出的热量比氢聚变更高,突如其来的高温又引燃了核心外层的氢元素,剧烈的热量释放将整颗恒星搅得像一锅翻滚的开水,重力在巨大的热能面前节节败退,恒星像一个气球一样被吹胀,此时,这颗恒星就变成了一颗衰老的红巨星。

所有质量高于0.8倍太阳质量的恒星都将经历这一阶段,此时,不同的恒星将面对不同的情况,对于那些质量小于8倍太阳质量的恒星,万有引力无法抵挡核心氦聚变喷吐出的能量,恒星外层物质将被剧烈的“氦闪”吹散,在宇宙中留下一个光滑的肥皂般的“行星状星云”,而它的内核将孤独地悬浮在中央,化为一颗炽热的“白矮星”。

质量高于倍太阳质量的恒星,足够大的质量带来足够大的万有引力会继续维持着恒星的完整,且更大的重力挤压能够赋予恒星核心更高的温度,这种恒星的内核将继续着元素聚变,氦元素耗尽后便开始碳聚变,碳耗尽之后开始氖聚变,之后还会继续氧聚变,镁聚变,硅聚变,恒星的内核将变成一个巨大的“元素工厂”,这样的“元素工厂”现象会一直持续到硅聚变发生。

硅聚变的产物是铁,铁是元素周期表上“比结合能”最高的物质,铁即使聚变也不再释放能量 ,反而还会消耗能量,此时的恒星内核中,巨大的压力将原子核与电子压紧,原子核与电子之间宽广的空隙荡然无存,彼此紧密地聚成一团,依靠电子的泡利不相容产生的简并压力维持着体积,这种形态被称作“电子简并态”,但简并压力也有自身的极限,随着恒星内核“元素工厂”产生的元素越来越多,越来越重,当核心质量达到1.44倍太阳质量时,简并压力在越来越大的重力挤压下也达到了自身极限,这就是“钱德拉塞卡极限”。

此时,简并压力被重力压垮,恒星内核轰然坍缩,核心外的物质将以23%光速的速度撞向铁核,巨大的压力将电子挤入原子核,促使它的质子演化变成中子,而中子将会拥有比质子更强的简并压力,通常足以抵制外层物质的撞击,猛烈撞击核心的外层物质,被同样猛烈地反弹回去,整颗恒星在如此猛烈的冲击中被炸出四分五裂,巨大的能量足以迫使元素们聚变成比铁更重的元素,元素周期表第五周期以及其后的所有重元素绝大多数都是在猛烈的超新星爆发中被抛洒向宇宙各地的。

铁,元素周期表上“比结合能”最高的物质

“比结合能”=“总结能”/(除以)原子核中的核子个数

原子核简称“核子”,它就是质子与中子结合在一起的产物,核子的结构是非常紧密的,想要将它们分离出来需要能量,这种剥离它们的能量就是原子的“结合能”,在物理学的认知中组成原子的核子数越多,原子核的“总结合能”就越大。

“比结合能”又名“平均结合能”,代表原子核中每个核子的结合能的平均值,比结合能更高的元素,由此可知原子核数量越多原子核就越稳定,铁元素是所有目前已知元素中拥有最高的“比结合能”,也就是说铁元素拥有宇宙中最稳定的原子核,所以,质量比低的轻元素聚变成更重的元素能够释放能量,质量铁高的重元素裂变成更轻的元素能够释放能量,而铁无论裂变还是聚变,迫使它进行核反应需要的能量都大于铁裂变或聚变能够释放的能量。

众所周知,宇宙诞生之初,飘荡在太空中的只有氢元素,我们今天能触及的一切物质都是在恒星内核中一步步聚变而来的,组成我们细胞的碳,骨骼中的钙,每时每刻呼吸的氧,在不知多么久远的时间之前,一颗超级星喷吐出的物质,形成了我们的太阳系,地球上每一个人曾经都是一颗星辰,我们的肉体与灵魂即是亘古的星辰在这银河中留下的余晖,我们老去之后组成我们躯体的一个个粒子,终将回归广袤的宇宙,我们亦是星尘......

推荐阅读

带你游历木星,登陆木星是不明智的

​我是【黄媂】,(天体生物学领域.太空生物学领域.科学.科技.科研.科普)的文章,欢迎点赞.评论.转发.关注互相学习。

#头条青云“叫好又叫座”作品征集#

看看网友怎么说

Linafu168899999:写的好[赞][赞][赞][玫瑰][玫瑰][玫瑰][玫瑰]

用户6558098810354:螺旋结构是最基本形态。你说的中子星是不存在的。星系、黑洞、恒星、行星,原子以及更小的都是螺旋结构,由外到内逐渐变重、元素由轻到重,都具有连续性的扩张收缩。所以中子星要就是不存在,要么就同样是螺旋结构,

文章来源网络,版权归属原作者,未注明作者均因传阅太多无从查证。本站为公益性非盈利网站,在本网转载其他媒体稿件是为传播更多的信息,此类稿件不代表本网观点。如果本网转载的稿件涉及您的版权、名益权等问题,请尽快与我们联系,我们将第一时间处理!
  • 自然界中最奇怪的物质形式

    用天体物理学家扎文·阿祖马尼安的话来说,当一颗20个太阳大小的恒星死亡时,它就变成了“大多数人从未听说过的最不可思议的物体”——一颗城市大小、密度惊人的中子星。一块乒乓球大小的中子星重量将超过10亿吨。在恒星表面之下,在重力的挤压下,质子和电子相互熔化,形成了大部分的中微子——因此得名。至少,我们是

  • 为了“拯救”银心物质,磁场和黑洞“打了一架”

    天闻频道实习记者于紫月众所周知,黑洞能够吞噬附近的一切事物,包括光。然而银河系中心的黑洞貌似遇到了“对手”。近期在美国天文学会的一次会议上,一项最新公布的研究表明,银河系中心附近的磁场强大到能够阻碍黑洞周围的物质被吞噬。这一研究结果或将有助于解答长期以来笼罩在银河系相关研究领域的两大谜团,即为何银河

  • 为什么爱因斯坦都解释不了的万物,《宇宙的琴弦》有可能解释?

    爱因斯坦是人类历史上最杰出的天才之一,在他生命的最后30年,他一直希望能找到一个包罗万象的理论,用来描绘包括引力在内的各种自然力。不过很遗憾,爱因斯坦没能成功。其实所有的科学家,几乎都有这样的一个梦想,希望能找到一个基本的原理,一个简单而深刻的理论,来描绘宇宙间的各种现象。经过一代又一代科学家的努力

  • 节目预告丨一起看星星呀

    在宇宙空间中,存在无数恒星。太阳就是一个恒星,是一个带有巨大的行星、及无数的小天体的行星系统。在无数的太阳系小天体中,人们熟知的例如:小行星、彗星及流星体(落到地面的部分称为陨石)等。这些小天体一直都在绕太阳飞行,如果小天体的轨道与地球轨道交叉时,会出现小天体地球相遇、相撞的情况。我们经常会看到小行

  • 一粒盐的奇幻之旅

    生命的滋味从海水到湖水,从井水到矿藏,人类提取的每一粒盐晶体都凝结着人与自然的动人故事。30亿年前,地球不是如今的样子。有一种物质被雨水溶解,流入海洋,海变了味道。随着地球的巨变,海水蒸发,这种白色物质形成巨大矿床,大陆板块漂移,将其深埋地下,而古老海水的残留物露出地表——盐,开启了在地球上的奇幻之

  • 如果宇宙正在膨胀,它将会变成什么样?

    当“膨胀”这一词在文章中出现时,我认为人们对这个词普遍存在误解。从人类目前可以观测到的情况而言,宇宙并没有膨胀成任何东西。那么为了让大家能够更好的理解这一概念,我将宇宙比作一块薄饼面糊。将宇宙空间比作面糊本身,而上面的巧克力碎片则比作各个星系。这些巧克力碎片中的某一小块就是我们的地球。这块小小的巧克

  • 量子认知的研究方法:从量子出发,还是从认知出发?

    转自:量子认知如涉版权请加编辑微信iwish89联系哲学园鸣谢量子认知理论,英文QuantumCognition,是当代认知科学中的一个新型的边缘学科,通过对认知科学中的现象进行建模,运用量子力学理论的数学方法,研究与描述人的认知及其决策的交叉科学。人们自然会问,量子认知的具体研究方法是什么?该通过

  • 航天飞机篇

    33年又一个月前的今天,人类历史上第一架航天飞机“哥伦比亚”号发射了,虽然那时的我并不存在,就如同200年后的我一样。但我仍为能生活在一个航天飞机的时代而自豪。儿时的我有一个航天梦,梦想自己将来会成为天文学家或宇航员,那时的天很蓝,晚上的院子里繁星点点,望着银河数着星座,还有偶尔划过的流星和淡定慢踱

  • 我们像剥洋葱一样,一层一层揭开超新星的神秘面纱

    超新星的工作原理(在这张图片中,白矮星强大的引力从附近的恒星中吸出物质。如果白矮星变得太大,无法支撑自己的重量,它就会自行坍塌,然后在超新星中爆炸)我们出生,然后成长,最后死亡。而如果我们在生命的尽头化作璀璨的焰火,消失在爆炸的巨响中,那么我们的生命周期与在夜空中闪烁的巨型恒星则可以说是基本相同了。

  • 在宇宙中,有没有可能:有的地方光速快,而有的地方光速慢?

    新的测量结果证实,无论你身处何处,移动速度有多快,物理定律都适用于迄今探索到的最高能量。对破纪录的伽马射线观测证明了洛伦兹不变性的稳定性,这也是爱因斯坦相对论的一部分,预测了宇宙中任何地方的光速都是恒定一样的。墨西哥普埃布拉的高海拔切伦科夫天文台(HAWC),探测到了来自遥远星系源的伽马射线,其研究