未必孤独网 > 既然「大爆炸」如此威力巨大,为什么只产生了最轻的几种元素,反而是超新星爆发产生了最重的元素?

既然「大爆炸」如此威力巨大,为什么只产生了最轻的几种元素,反而是超新星爆发产生了最重的元素?

【Robotwang的回答(269票)】:

简单的说就是核合成不是温度越高越好,必须在适当的条件下才能进行。宇宙大爆炸之后的宇宙整体演化进程中,只有一小段时间温度恰当适合核合成。在这个过程中只来的及产生了氦和极少量的锂。更重的元素形成是在恒星演化过程中实现的。

下面是稍微详细的解释:

宇宙大爆炸在开始的时候温度和压力远远超过超新星爆发的时候。但是原子核形成这个事情不是温度越高越好。原子核的结合能也是有限的。温度太高了不要说原子核,就算是中子,质子也不能存在,都变成夸克汤了。温度太低也不行,过低的温度会使得核聚变过程无法发生。

宇宙的热历史

图片来源news.softpedia.com/news

宇宙大爆炸是一个空间迅速膨胀,物质密度迅速下降,温度也迅速下降的过程。在宇宙大爆炸3分钟以后,宇宙的温度差不多降到10亿度,这个温度下质子开始和中子结合,生成一系列较轻的元素。到大概宇宙大爆炸后20分钟的时候,宇宙的温度就已经降到不能继续进行核聚变反应了。这时候宇宙生成了大量的氦,占到重子物质总量的25%,还有极少量的锂。剩下的重子质量仍然是氢元素,占75%。再往后宇宙膨胀继续,越来越冷,元素合成在宇宙中是完全停止的状态。一直到宇宙诞生后大概10亿年,第一代恒星开始形成了,更重元素的合成才重启了。

太爆炸核合成序列图

所有比锂重的元素都是由恒星演化产生的。而其中最重的元素是超新星爆发过程产生的。以Ia型超新星为例。当一颗白矮星吸积物质,质量增加超过钱德拉塞卡极限质量,其自身的引力会胜过抵抗引力的电子简并压。这使得白矮星向内塌缩,由于中心的压强迅速增大,核心的碳元素的聚变反应会被点燃,更重的元素随之形成,并开始更进一步的核聚变反应。白矮星的核聚变会在很短时间产生大量能量,这些能量最终将物质炸开,成为超新星爆发。白矮星塌缩时的聚变核生成反应会生成一系列比碳重的元素,一直到生成铁。比铁更重的元素无法通过聚变生成,因为铁的核平均结合能是最强的。更重的元素形成依赖于超新星爆发过程的快中子捕获过程。铁原子核通过快中子捕获过程增加原子量形成大质量的同位素,并最终通过衰变生成重元素。

【常发及腰凯申公的回答(23票)】:

一个是从0到1

另外一个是从1到最大238

【代码之诗的回答(11票)】:

在Quora上看到一张图,特别清晰,扒过来给大家分享:

图片来自图片来自Nucleosynthesis

1.首先,原始核子来源于大爆炸(Big-Bang)降温至两万亿度(two trillion degrees)后形成的夸克-胶子浆(quark–gluon plasma,Quarka

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