“炮仗”一响,黄金万两
在宇宙中,恒星要想成为中子星并不容易,任何星系的主序星初始质量至少得是太阳质量的8倍才有可能产生中子星。
随着恒星逐渐远离主序带,内核的燃烧会产生富含铁的核心。
当恒星内部的所有可以支持核聚变的材料耗尽时,恒星内部就必须依赖简并压力支撑自己。
一旦这种堆积带来的压力超过钱德拉塞卡极限,电子简并压力被克服,核心进一步坍塌,此时的温度会异常高。
在此条件下,恒星内部的铁核被高能伽马射线分解成α粒子。
随着温度的升高,电子和质子通过电子捕获形成中子,并释放出大量的中微子。
当内部密度达到4 1017 kg/m3时,排斥力和种子简并压力的结合会使恒星停止收缩,恒星外层被中子产生的中微子流阻止并向外抛射,最终成为超新星或者中子星。
中子星作为一种十分特殊的天体,它的质量和温度都高得令人意外。
不过随着时间的推移,中子星的内部温度会逐渐降低。
中子星的自转速度会以每秒数百次进行运动,部分中子星还会发出电磁辐射,使其成为脉冲星。
过去科学家们认为,超新星爆炸可能是宇宙中重元素由来的重要原因。
重元素比起其他较轻的元素在宇宙的星系中更少,越重的元素越明显。
这是由于恒星很难制造它们,恒星除了维持自身的能量和运转,避免在自身重量的影响下坍塌。
恒星内部的核聚变会在反应之初融合出氢和氦,后来经过元素转化成为碳和氧。
但是这些反应的能量最多只能到达铁这样的地步,再往上就没办法了,因为制造更重的元素需要更多的能量。
但在超新星爆炸中,科学家认为它所释放的能量足以产生更重的元素。
因此在上世纪50年代,科学家们认为慢中子捕获过程,也就是s过程可能是重元素产生的由来。
但很快科学家发现,s过程不能解释黄金、银、铂以及更重的金属来源。
要想让它们很好地出现,就必须是在快速流动的中子轰击铁核时合成而来。
快速中子捕获过程也被称作r过程,它负责产生大约一半比铁更重的原子核,也就是重元素。
不过在那个时候要想研究r过程十分困难,首先是实验条件根本达不到,再者也没人真正观察到r过程的出现。
因为就实验机制来讲,参与s过程的同位素具有足够长的半衰期,可以在实验室中进行研究。
另外s过程主要发生在普通恒星中,这意味着它很常见。