多数恒星会爆炸,它们将元素喷射到宇宙中非常遥远的地方。

    来源: 互联网

      灿烂的繁星打造了咱们这个五光十色的世界,这其中就包括咱们自己。咱们身体中的每一个原子都要么是恒星内部核聚变的产品,要么是两颗恒星彼此碰撞的结果。

      宇宙中的元素和生命,地球上每一个原子都是恒星的聚变产物!

      每当美国印第安纳州立大学的天文学家凯瑟琳·彼拉奇奥斯基(Catherine Pilachowski)运用望远镜调查星空时,她都能看到那些正在走向逝世的红巨星,还有爆炸后的恒星残骸。波拉奇奥斯基很关注这样的天体,因为她知道,它们与自己有着无法切割的相关。

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      人体中的每种物质都来自于某种元素,这些元素由恒星制作。咱们每天必需的食物和日常用品,咱们的汽车和手机,咱们所见的每样东西——石头,植物,动物,海洋中的水,空中活动的风……都来自于悠远的恒星。每颗恒星都是一座巨大而又长命的“熔炉”,它们炽热反常的中心使其中的原子相互磕碰而产生新的元素。到最后,多数恒星会爆破,它们将元素喷射到宇宙中十分悠远的当地。

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      新发生的元素在恒星的磕碰中持续演变,这个过程非常复杂,但人们对它的了解也已大致明朗了。就在不久前,一组天文学家发现了来自早期世界的“亮光”,这束亮光发生于世界形成不久后的一个星系,这个星系像一座特别的“恒星工厂”,能以极快的速度制作恒星。这个发现使天文学家们豁然开朗,他们明白了,为什么世界能有那么多元素制作那么多东西,包括太阳系、地球上的生命和我们自己。

      始于“原点”

      元素是构建世界的根本材料。我们的地球拥有92种天然的元素,如碳、氧、钠、金等,它们的原子都是小得惊人的粒子。每个原子都像一个太阳系,中间的核由捆绑在一起的粒子组成,这些粒子被称为质子和中子。核中的粒子越多,这个元素就越重。

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      最轻的元素是氢,只有一个质子,是第1号元素;氦有两个质子,是第2号元素;人和其他生物含有大量碳和氧,它们分别是第6号和第8号元素;钙大量存在于骨头中,是第20号元素;铁是第26号元素,它使咱们的血液呈现红色。在元素周期表底部的自然元素是铀,它是自然界的“重量级”元素,有92个质子。科学家们很想在实验室里制作更重的元素,然而很少成功而且它们寿数极短。

      世界虽然制作元素,但并不是一开始就制作了这么多元素。物理学家们认为,所有的东西,包括光都来自于大约140亿年前发作的世界大爆破,这个爆破发端于一个比芥菜籽还小的“原点”,其密度和热度大得难以想象。这个爆破启动了世界胀大,将物质分布到四面八方。

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      美国亚利桑那州立大学的天体物理学家史蒂文·德施(Steven Desch)说:“宇宙大爆炸发生后,只出现了氢和氦,而其他90%的元素,宇宙用了很长的时刻才制作出来。为了制作这些更重的元素,具有更轻原子核的原子必须发生交融,这样的核聚变要求极高的温度和压力,而这,只要恒星才能做到。”

      从“原星系”到恒星

      然而,在世界大爆炸发生后的几亿年里,世界中并没有恒星,只有一些巨大的气体云,它们的组成90%是氢,剩下的是氦。随着时间的推移,引力将气体分子互相聚拢,气体云的密度越来越大,温度越来越高,于是,它们开始逐渐地聚成球状的一团,这便是前期世界的“原星系”(protogalaxies)。在原星系中,物质继续集合,有些当地的密度变得相对地大起来,构成了密布的团块,这些团块经过进一步发展后才变成了恒星。在原星系中,恒星就这样相继地诞生,我们的银河系和其中的恒星也是这样构成的。

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      恒星呈现后,它们开始将较轻的元素变成更重的元素。一颗恒星的温度越高,它制造的元素就可以越重。太阳中心的温度为15000000摄氏度,听起来好像热得很,但在宇宙中却很往常,所以像太阳这样一颗中等巨细的恒星不具备满足的温度制造比氮更重的元素,大体上说,它们首要制造氦。

      要制作更重的元素,宇宙中的“火炉”有必要比咱们的太阳大得多,也热得多。例如,一颗恒星要想制作铁(第26号元素),它便至少要比太阳大8倍;假若它还想制作比铁更重的元素,它便有必要通过更剧烈的行为才干做到。

      有一种剧烈的行为能制造比铁更重的元素,例如铂(第78号元素)和金(第79号元素),这种行为便是磕碰。早在2013年6月,哈勃太空望远镜调查到了两颗致密天体——中子星的磕碰,天文学家们接纳到了由磕碰产生的光,从而获得了磕碰发生时的化学信息。这些信息显示,这次磕碰产生了很多黄金,其质量相当于月亮的好几倍。因为在一个星系中,相似的磕碰大约每一万至十万年会发生一次,所以天文学家们以为,这次观测到的磕碰可以解释世界中所有黄金的来源。

      恒星的“死亡”

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      和碰撞一样,恒星的“逝世”也是世界中的剧烈进程。通常情况下,恒星的寿命大约有100亿年。在恒星内部,引力将所有物质向中心聚拢,而核聚变产生的压力又将这些物质向外猛推,只需恒星中的燃料没有用完,这两种力便持续地进行着博弈,并一直维系着平衡。但是,恒星的燃料终会用尽,一旦燃料趋于用尽,平衡就会被打破,引力迫使恒星内部发作崩塌,恒星逝世的进程就此开端。

      恒星死亡的方法是由它们的大小决定的。中等大小以下的恒星并不发生爆炸,它们中心的铁和更轻的元素会坍塌,其他部分则慢慢胀大。渐渐地,恒星变成了一个火热的大火球,在这个过程中,它会变得越来越凉,越来越暗,最终形成天文学家们所称的“红巨星”。这时的恒星有一个含糊的晕轮似的外层,晕轮中的一些原子被排放到宇宙空间中。

      和上述恒星比较,更大的恒星有着十分暴烈的逝世方法,当它们用完了自己的燃料,其核心也会崩塌,这使那里一下子具有了极高的质量和温度。很快,它们便制造了比铁更重的元素,而这个进程释放的能量又重新启动了恒星的胀大;但很快,恒星便发现,它现已没有满足的燃料去维持核聚变了,于是恒星又一次崩塌,温度再次升高,这回它制造了更重的元素。德施在概括这一进程时说,“这时的恒星一波接一波地脉动,从而制造了越来越重的元素。”令人惊讶的是,这个进程只发生在几秒钟之内,然后,一个自我毁灭式的爆破便发生了,这便是超新星迸发,它的力气制造了很多重元素。很多原子在爆破中射向太空,它们一向流向十分悠远的当地。

      宇宙中的元素和生命,地球上每一个原子都是恒星的聚变产物!

      就这样,太空中出现了很多原子,其间一些来自相对温和的红巨星,另一些来自暴烈的超新星,不论途径如何,它们都是被垂暮的恒星抛射到太空中的。最后,它们会成为新一轮天体的原材料以构成新一代的恒星和行星。这个元素的重建进程十分漫长,需求许多亿年的时光,但世界不缺时间,它能镇定自若地完成所有进程。这表明,一个星系的寿数越长,它里边的重元素就越多。拿咱们银河系来说,46亿年前,它里边比氦更重的元素只有1.5%,但今天,这类元素已占了2%。不过相比较而言,银河系并不算高效的元素制造者,它制造恒星的速度远不如一些世界中的“造星高手”。上一年,美国加州理工学院的天文学家在夜空中观测到一个十分模糊的红点,那是一个星系,被命名为HFLS3,几百颗恒星正在其间构成。天文学家杰米·波克(Jamie Bock)介绍说,“HFLS3制造恒星的速度比银河系快2000倍。”

      元素创造生命奇迹

      为了研究悠远的恒星,波克他们变成了真正的时间旅行者,他们有必要观察非常悠远的曩昔,他们无法看到那里现在正在发生的事,由于那些悠远恒星的光有必要穿越辽阔的宇宙空间,这需要很多年,乃至很多万和很多亿年。所以,要描绘恒星的诞生和死亡,天文学家们有必要使用“曩昔时态”。

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      HFLS3星系逝世的时分距我们今天地球的位置约130亿光年,它含糊的光线直到今天才抵达地球,这些光线好像一个信使,传递了HFLS3的音但这音讯被天文学家们读到时早已不再是新闻,而是当之无愧的“旧闻”了。即使如此,人们仍然非常惊奇。首先,那含糊的亮光是人们观测到的最陈旧的星光,它几乎和宇宙差不多老。波克说,“我们发现的HFLS3存在于宇宙刚刚诞生8亿8千万年的时分。”在那个时分,宇宙只是一个“婴儿”;第二,依照人们从前的估计,那时的星系应该只具有氢和氦,但当波克他们研讨了HFLS3的组成时却发现了前期恒星制造出来的重元素和星尘,而并不仅仅是氢和氦,这让波克他们觉得非常不可思议。这位天文学家形象地描绘了他们的感受,他说,这就好像“你原本以为在人类前史的前期只能发现一些村落,但你却找到了完好的城市。”

      为什么会这样呢?德施猜测,也许世界中能诞生大量恒星的星系并没有我们事先以为的那样少,那些星系就比如能快速制作恒星的“工厂”,它们在世界的早期就将重元素制作了出来。所以在世界的另一些当地,一些重元素产生得更早。

      相比之下,我们的银河系在制作恒星方面则并没有什么特别之处,它尽管已存在了至少120亿年,却并没有将地球现存的92种元素更快地制作出来。它终于将这些元素彻底制作出来的时刻是大约50亿年前,那今后,引力将这92种元素拉在一起并形成了太阳系。几亿年后,地球诞生了;在接下来的大约十亿年里,地球上呈现了生命迹象。尽管这件事是怎样发作的,至今也没有人说清楚过,但有一点是明确的,那就是生命的组成来自于元素,而所有这些元素又都来自于太空,是那些灿烂的繁星打造了我们这个五颜六色的世界,这其中就包含我们自己。我们身体中的每一个原子都要么是恒星内部核聚变的产品,要么是两颗恒星相互碰撞的结果。

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