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往恆星中心扔一塊鐵,整個恆星就將不復存在了?

大質量恆星,從它誕生到結束過程會經歷幾個不同的階段,因此它的星核也會有幾個不同的演變過程。塌縮是一顆恆星演化末期會經歷的過程,而是否從星核產生鐵元素就開始塌縮了呢?

對於超過8個太陽質量的大質量恆星,核心區域的核聚變反應的終點是產生鐵元素。但早在聚變出鐵元素之前,核心就已經發生引力坍縮。恆星的整體結構其實是處於一種動態平衡的狀態,其中有兩種力量在互相抗衡,一種是由於自身重力,始終存在向內收縮的趨勢,還有一種是核心區域的核聚變反應所形成的向外輻射壓。

在恆星最漫長的主序階段,核心區域進行的核聚變反應是氫原子核通過質子-質子鏈反應或者碳氮氧循環形成氦原子核,這是因為氫具有最低的比結合能,發生核聚變反應所需的溫度和壓力最低,所以最容易反應。當核心的氫原子核全部消耗完之後,由於輻射壓下降,所以核心將會開始坍縮,導致核心的溫度和壓力升高,使得積聚在核心的氦發生核聚變反應,並形成碳。

在氦耗盡之後,核心又會再次坍縮使溫度和壓力進一步升高,從而引發積聚在核心的碳進行核聚變反應。就這樣,核心不斷的坍縮,不斷使越來越重的元素髮生核聚變反應。當核心產生鐵元素時,由於進一步的鐵核聚變反應將會消耗大量的能量,而釋放出的能量卻很少,這就導致恆星的內部失衡,迅速引發核心坍縮,最終導致恆星走向毀滅。

如果往恆星中心扔一塊鐵,並不會打破恆星的內部平衡。這是因為鐵的比結合能最高,需要極高的溫度和壓力才能使其進行核聚變反應。由於存在其他比結合能較低的元素,所以它們會比鐵更加優先進行核聚變反應。直到核心經過不斷坍縮之後,才會有足夠的條件引發鐵的核聚變反應。

恆星內部物質的燃燒,先是氫的燃燒,之後,星核會是一個以氦為主的球體,然後它便開始了引力收縮。引力的收縮會是恆星內的溫度升高,將滿是氦的星核重新點燃,氦聚變就開始了,中心的物質不斷進行反應,質量從低到高,直到鐵的出現。這時候,鐵元素出現了,但並不意味著恆星的塌縮就開始了。川陀太空認為,這段時間恆星的平衡是由於引力和輻射壓的平衡還沒有打破,雖然鐵元素出現了,但其他的反應仍在釋放著輻射壓。

大質量的恆星真正開始塌縮的時候,是當星核已經變成了一個鐵核的時候了,鐵的聚變不會產生能量,也就減弱了輻射壓,恆星的平衡也就被打破了。一個大質量的恆星,如果它的鐵核心超過了1.44倍太陽質量,也就是錢德拉塞卡極限質量,它的迅速收縮會因超強的引力而塌縮。

所以大質量恆星的結局,一般就是核心內的物質密度變得更大,使得質子和電子都被壓到一起形成中子,成為一顆緻密的中子星,並導致超新星爆發,而更大質量的,就會變成黑洞了。變成黑洞一般要在數十倍太陽質量以上,可形成恆星級黑洞。

PS:未經同意不得轉載(圖片來源網路)

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