恒星内部的熔炉
大爆炸几分钟后,宇宙中只准备好了非常贫乏的一套元素:氢、氦,以及微量的锂。那时根本没有氧、碳和钙,而这些原子组成了你身体的大部分。
恒星就像一座靠自身重量运转的熔炉。引力压缩核心,温度升高,较轻的原子核融合成更重的原子核。一种燃料耗尽后,核心进一步收缩,下一种燃料被点燃,但每一种燃料都比上一种燃烧得更热、更快。一颗大质量恒星在生命末期,就像一颗由层层结构组成的洋葱。
- 铁核:聚变不再释放能量
- 硅→铁:约1天
- 氧和氖:数月
- 碳:数百年
- 氢→氦:数百万年
到了铁,链条就断了:铁的原子核结合得最紧密,继续聚变不但不释放能量,反而会吸收能量。支撑消失,核心在不到1秒内迅速坍缩,冲击波将外层物质散播到整个星系。恒星在数百万年里炼出的所有东西,最终都进入星际气体,成为未来行星的原料。坍缩前分层炼出的氧和硅,就是这样被散播出去的。但爆炸并不是物质离开的唯一方式:你蛋白质中的碳大多没有经历爆炸,而是在一些小质量恒星生命末期,被恒星风悄悄吹走;至于铁,也就是现在在你血液中携带氧气的那种铁,大约有一半来自白矮星爆炸。
你的身体由什么组成
按质量计算,你的身体近三分之二是氧,主要存在于水中。接下来是碳,每一种蛋白质都由它构成。钙支撑着你的骨骼,而铁只占你身体的百分之几,但正是它在血液中携带氧气。
如果数的不是质量,而是原子数量,情况就反过来了:你体内每10个原子中,大约有6个是氢。氢很轻,所以对你的体重几乎没有影响。
而这些氢,正是宇宙最初几分钟里的氢:它从未进入过恒星核心。但你身体其余部分的重量,几乎都经过了恒星熔炉。
我们是怎么知道的
1952年,保罗·梅里尔在几颗红巨星的光谱中发现了锝的谱线。锝没有稳定同位素:恒星中观测到的那种锝会在数十万年内衰变,而恒星能存在数十亿年。这说明它不是恒星诞生时就有的,而是正在恒星内部生成。
第二份证据来自2017年。当时天文学家捕捉到了两颗中子星合并,并及时观测到合并后的余辉。余辉的消退方式,恰好符合新生成重元素云的预期;研究人员通过谱线可靠地确认了其中的锶,而金和铂则是根据整体图样识别出来的。这些观测表明,金以及其他最重的元素,正是在这样的合并中诞生的。
恒星锻造元素:证据充分;黄金的来源:证据较弱
为什么恒星无法通过聚变比铁更重的原子核来获得能量?
你血液中携带氧气的铁来自哪里?
来源
- 梅里尔,1952年:S型恒星光谱中的锝;2017年GW170817合并事件后的千新星观测。卡尔·萨根,《宇宙》:“我们由星辰物质组成。”
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