在大質量恆星演化到生命的末期,當低原子序數的元素燃燒完時就會發生超新星爆發。那麼地球上有那麼多的鐵,地球會不會很危險?其實大可不必擔心,地球上的鐵是不會引起超新星爆發的,至於為什麼?我們得先從恆星演化說起。
前奏——一個太陽質量恆星的誕生
當原始氣體雲在引力作用下發生坍縮,在收縮過程中核心溫度開始上升,當氣體雲坍縮到一定程度,核心溫度達到10000K左右,氫氦等原子開始電離,當氣體雲進一步坍縮,核心溫度進一步升高,達到約10000000K(1000萬開爾文),核心電離出的氫核會發生核聚變反應結合成氦核並釋放出大量輻射能量。
輻射出的能量產生高溫熱膨脹,阻止了氣體雲繼續坍縮,核心溫度和壓力會達到一定不斷平衡,核心的氫開始穩定地燃燒,中心輻射開始往外傳播,使外層氣體溫度上升,當外層達到熱平衡狀態,開始以熱輻射形式向外輻射,一顆發光發熱的恆星正式誕生。
主序星階段——恆星核聚變
對於一個太陽質量的恆星,當恆星燃燒完氫,由於引力坍縮產生的壓力和溫度未能直接點燃核心的氦,氦核會在核心堆積並在極大的壓力下進入電子簡併態,核心急劇收縮溫度也急劇上升,在電子簡併態的巨大壓力和溫度下部分氦終於被點燃,核心由於處於電子簡併態,無法產生熱膨脹,導致核心溫度失控地升高使更多的氦劇烈燃燒,這就產生了氦閃,每錯,那就是科幻電影《流浪地球》裡地球要逃離太陽的原因。由於氦閃過於劇烈,會導致大量完成氣體被從太陽表面拋出,同樣會進入紅巨星階段,而在高溫下,恆星核心終於脫離電子簡併態並繼續燃燒,直到氦全部燒完,恆星會再次進入以碳和氧為主的電子簡併態,這個狀態稱為白矮星。我們熟悉的天狼星的伴星——天狼星B就是一顆白矮星。
對於一顆太陽質量的恆星,它是無法燃燒到核心產生鐵的階段的,但對於一顆大質量恆星,比如超過25倍太陽質量的恆星,由於引力坍縮產生的巨大壓力,核心氦不會發生氦閃,而是在氫燃燒結束後,在核心收縮過程中就產生足夠的溫度點燃核心的氦。在燃燒完氦後也會直接過渡到碳、氖、氧、矽等元素的核聚變……
大質量恆星末期——超新星爆發
對於一顆質量大於10倍太陽質量演化到末期的恆星,其中心的鐵核開始堆積,核心會原來越重,導致更激烈的燃燒,但當低序數的原子核核聚變結束,無法抵禦坍縮,而核心鐵核由於核聚變所需的溫度超過了其核聚變後所能釋放的溫度,因此無法通過核聚變釋放能量來抵禦坍縮,恆星最終會向內坍縮,外層氣體會以近乎自由落體向內跌落,最終撞在處於電子簡併態的鐵核上並被反彈出去,這類似於彈性碰撞,這些外層物質跌落有多快被彈飛就有躲開,最終恆星一一次超新星爆發炸開。
當剩餘質量足夠大,核心簡併態鐵核會坍縮到中子簡併態甚至黑洞。
結語——讓人放心的答案
你會發現恆星之所以最終發生超新星爆發,並不是因為鐵爆炸了,而是由於鐵不能爆炸,不能通過核聚變釋放能量抵禦坍縮,所以地球上的鐵很安全,放心吧(^_^)。