恒星都是個頭巨大的天體,難道它們也有克星?是的,有一種元素專治恒星,一旦恒星產(chǎn)生這種東西,那么它就離死亡不遠了。而且越大的恒星被其“殺死”的越快。
這種東西就是鐵元素,鐵元素我們都十分常見,因為生活中很多的東西都是鐵做的,可是誰能想到這種東西竟然是恒星殺手呢?
作為一種化學元素,鐵的化學符號是Fe,原子序數(shù)是26,是人們生產(chǎn)生活中最常用的金屬,那么為什么它竟成了恒星殺手呢?這還得從恒星的核聚變說起。
恒星內(nèi)核中時刻發(fā)生核聚變反應,其聚變的情況由兩個因素決定,第一是原子核的大小.原子核越小,核與核之間的電斥力越小,原子核之間就越容易靠近,也就越容易發(fā)生聚變。而當原子核越大,核與核之間的電斥力也就越大,就需要更大的熱運動速度才能保證核與核之間相互接近,從而使強核作用力起作用,把它們拉到一起,成為一個更大的原子核。第二是原子核的結(jié)合能必須保證新產(chǎn)生的原子核的內(nèi)能,小于聚變前各原子核內(nèi)能的總和,即聚變后有能量的釋放。
恒星核聚變最初是從氫的聚變開始的,先是由氫聚變?yōu)楹ぃ缓笠来问翘?、氧、氖、鈉、鎂,這樣隨著元素越來越高級,恒星也將經(jīng)歷不同的階段,并且體積也將變得越來越大。
當恒星中的氫聚變?yōu)楹r,釋放出的能量是最大的,同時由于氫原子核是最小的(只有一個質(zhì)子),聚變反應也最容易發(fā)生(所需溫度最低),隨著原子核體積的增大,核內(nèi)質(zhì)子數(shù)的增加,核與核之間的電斥力增大,反應難度也在加大,反應釋放出的能量卻在減少,這樣恒星內(nèi)部的核聚變會一直聚變到鐵,但聚變時的能量產(chǎn)出卻一直在下降,直到鐵元素時,便不再有能量產(chǎn)生,鐵以后的重金屬元素,如鈾、钚,就不是聚變放能,而是裂變放能了。看下面這張圖,原子核內(nèi)能在鐵元素時是最低的。
鐵元素在進行聚變或裂變的物理反應時十分特殊,,不論是讓鐵聚變,還是裂變,不但不能釋放能量,還需要給它注入能量,這就是為什么在恒星中,一旦產(chǎn)生出鐵,核反應就不能再繼續(xù)進行下去的原因。
我們都知道,恒星是依靠核聚變反應釋放出的能量所產(chǎn)生的向外的輻射壓和與恒星質(zhì)量產(chǎn)生的向內(nèi)收縮的引力相平衡來保持恒星的穩(wěn)定的,因此當恒星內(nèi)部的核聚變反應到鐵而終止時。恒星因為沒有了能量的釋放,也就沒有了向外的輻射壓,這時恒星的引力就會占上風,于是恒星就會急劇向內(nèi)收縮。有科學家計算恒星外層物質(zhì)在向內(nèi)收縮并接近中心的鐵核時,速度甚至能接近光速。
但是恒星的鐵核又是非常堅硬的,向內(nèi)收縮的物質(zhì)一旦撞上這堵墻,就會以幾乎同樣的速度反彈出去,這在帶給鐵核強大動能的同時,也將以內(nèi)爆的形式?jīng)_出恒星以外,這就是超新星爆發(fā)的主要形式。巨型恒星的超新星爆發(fā)過程還被叫做“鐵芯災變”,之后恒星將坍縮為白矮星、中子星或者黑洞。