恒星演化与死亡

恒星核合成

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看看你细胞里的碳、呼吸中的氧、血液里的铁、骨头里的钙。这些原子从何而来?宇宙诞生之初它们并不存在——大爆炸几乎只造出了氢和氦。每一个更重的原子,都是在恒星内部、由历经数十亿年的核反应建造出来的。恒星核合成,就是这场宇宙制造的名字:在恒星的中心与死亡中建造化学元素。我们,字面意义上,就是由星尘构成的。

这座工厂分阶段运作。在普通恒星的核心,氢聚变成氦,再由氦聚变成碳和氧——这些较轻元素大部分都源自这里。在更大质量的恒星里,燃烧继续向上,经氖、镁、硅,一路到铁,也就是聚变能划算地造出的最重元素。越过铁,聚变便不再划算,所以最重的原子用别的方式建造:靠中子俘获,在将死的巨星里缓慢进行(慢中子俘获过程),在超新星和中子星并合这类剧烈事件中快速进行(快中子俘获过程)。每一种元素,背后都有一个关于它由哪种恒星过程造出的故事。

恒星核合成把恒星演化中所有别的概念串在一起,因为从化学的角度说,造出元素正是一颗恒星整个生与死的目的所在。而这些元素之所以与我们有关,是因为恒星随后又把它们送回太空——通过星风、行星状星云和超新星——富集那团将形成新恒星、行星与生命的气体。元素是在恒星里锻造出来的这一认识,在二十世纪中叶被理清,是科学的伟大成就之一:它把教室墙上的元素周期表,直接连到了恒星的生与死。

追踪一口空气里的一个氧原子:它在一颗大质量恒星的核心由氦聚变而成,被一场超新星抛入太空,混进一团气体云,聚入新生的太阳和地球,最终被吸入你的肺。恒星核合成,就是这整段旅程。

几乎每一个比氦重的原子,都是在恒星内部锻造出来的——我们由星尘构成。

并非每种元素都来自恒星:氢、大部分氦,以及少量锂,来自大爆炸本身,早于任何恒星。而锂、铍、硼大多是宇宙射线撞碎原子造出的,而非恒星。“在恒星里造出”这句口号大体正确,但并不完全。

又称
element formation in starsnucleosynthesis元素合成核素合成