從原子的起源到毀滅，盤點各類恆星一生中所經歷的不同結局

2023-03-31 06:45:28 2

前言

太陽是萬物之母。沒有太陽，地球上的生命將會滅絕。太陽通過熱核聚變釋放光能和熱能，當能量到達地球時，它滋養地球，給我們帶來光和熱。太陽是如何誕生的？它將經歷怎樣的未來？這篇文章將幫助你分析這個問題！

太陽

我們知道氫是元素的起源和最早的元素，氫分為氫1 (di)、氘2(氘)和超重氫3(氚)。事實上，在宇宙的早期，溫度高達萬億億攝氏度。在這種溫度下，原子幾乎不存在。那麼，元素下一步如何進化呢？

大爆炸核合成

大爆炸後十秒鐘，宇宙中最簡單的漂浮在0+的原子核是di原子核，它由一個質子組成。在早期的宇宙中，如果兩個di原子核互相碰撞，它們會因為相同的性質而互相彈開。然而，在高溫高壓的影響下，穿梭機的原子核經過無數次碰撞後，在微弱的相互作用力下開始衰變。這種衰變科學家稱之為「β衰變」。在衰變過程中，兩個質子相互碰撞，一個質子在碰撞中釋放出由中微子和光子組成的強大能量。衰變的最終結果是質子成功地變成了中子。

氘和氚的比較

在高溫高壓的作用下，強相互作用力繼續將中子和質子結合形成氘核(氘)，然後氘核再與原生核結合形成超重氫核(氚)。經過一系列反應，氘和氚在強相互作用下最終形成早期氦核，並釋放出巨大的能量。然而，這個過程只花了10分鐘。由於在此期間宇宙溫度達到幾十億攝氏度，原子核無法捕獲電子形成原子。這個過程被稱為「初級核合成」。

大爆炸核合成

第一顆星

大爆炸後30萬年，宇宙在膨脹的作用下溫度迅速降低。在早期，帶正電的原子核和帶負電的電子在電磁作用下結合，形成氫原子和氦原子，隨後在宇宙中形成大量由氫和氦組成的氣體雲。在重力的作用下，這些氫氣雲開始不斷凝結，然後中心的溫度和壓力變得越來越高。

恆星的誕生

在大爆炸後的1000萬年裡，在重力的壓縮下，氣體雲的平衡開始被打破，物質開始向中心移動，溫度變得越來越高，壓力變得越來越高。當中心的溫度超過1500萬攝氏度時，氫原子相互碰撞。在氫同位素氘和氚的碰撞過程中，這兩個原子結合成較重的原子氦。在這個過程中，中子和電子被釋放出來，伴隨著巨大的能量向外擴散。宇宙中的第一顆恆星誕生了，幾乎所有的恆星都是這樣誕生的。

恆星和重力之間的戰鬥

在宇宙中，天體的質量越大，其引力就越強。相反，它承受重力的壓力越強，我們的太陽也是如此。然而，太陽將通過釋放巨大的能量與重力競爭，這個過程將持續數十億年。太陽表面的溫度約為6000攝氏度，但其核心的溫度高達1500萬攝氏度，因此核聚變將繼續進行，將氫轉化為氦，當氦轉化為碳、氧並最終轉化為鐵時停止。

恆星結構

許多人認為鐵不會產生聚變，這種認識是錯誤的，通常聚變會釋放能量，但鐵的聚變會吸收能量，因為鐵原子是最穩定的元素，通常想要使鐵聚變需要吸收強大的能量，而太陽沒有這種能力，所以大量的鐵會在恆星中積累。

紅巨星結構

越來越多的鐵開始向恆星中心靠近。太陽最終將進入加速膨脹狀態，這將把它從一個黃色的矮星變成一個「紅色的巨人」。在這個過程中，太陽的體積將會膨脹大約100倍。那時，它的軌道甚至可能吞噬地球。因此，未來的人類必須找到離開太陽系的方法！

不同星星的結局

隨著越來越多的氫被消耗殆盡，太陽釋放的能量在與重力的較量中開始發生變化。重力開始佔上風。然後所有的力開始壓縮恆星核心。由於太陽本身質量很小，它的核心最終會被壓縮成一個非常緻密的核心。我們稱之為白矮星。隨著太陽向白矮星演化，其表面的雲在太陽風和離心力的作用下開始逐漸遠離太陽，形成今天的行星狀星雲。成為白矮星後，太陽仍然可以繼續燃燒，直到它熄滅。太陽的結果是好的，但是一些星星的結果會很悲慘。

行星星雲

宇宙中有一些超大質量的恆星。像我們的太陽一樣，鐵的積累會使它們的體積迅速膨脹。其中一些可以超過太陽數百萬倍。可以想像它們有多大。由於恆星的質量越大，它的引力就會越來越大，所以當所有的力都壓向它的核心時，它的恆星核心密度就會變得無限大，最後當恆星核心密度達到太陽質量的1.44倍時，它的密度就等於原子核的大小。

恆星外側的重力以每秒70，000公裡的速度不斷向核心壓縮。然而，在到達恆星核心後，這種力量會強烈反彈。大量的能量將開始湧出並點燃整顆恆星。這是超新星爆炸。在這個過程中，鐵原子會不斷地凝結成更重的元素，比如你今天戴的金戒指和手鐲。它誕生於那個時候。超新星爆炸後，它的恆星核心會坍縮成中子星並繼續燃燒。