恆星內部的廚房
大爆炸後幾分鐘,宇宙中已經準備好一組非常貧乏的材料:氫、氦,以及微量的鋰。氧、碳和鈣都還不存在,而這些原子正是構成你身體大部分物質的材料。
恆星就像一座靠自身重量運作的熔爐。重力壓縮核心,溫度升高,較輕的原子核融合成較重的原子核。一種燃料用完後,核心會進一步收縮,下一種燃料隨之點燃,但每一種燃料都比前一種燃燒得更熱、更快。大質量恆星在生命末期,就像由一層層材料組成的洋蔥。
- 鐵核心-融合不再釋放能量
- 矽 → 鐵:約1天
- 氧和氖:幾個月
- 碳:數百年
- 氫 → 氦:數百萬年
到了鐵,這條鏈就中斷了:鐵的原子核結合得最緊密,繼續進行融合不但不會釋放能量,反而會吸收能量。支撐消失後,核心在不到1秒內迅速塌縮,衝擊波將外層物質散布到整個銀河系。恆星在數百萬年間鍛造出的一切,最後都進入星際氣體,成為下一代行星的原料。塌縮前一層層累積的氧和矽,就是這樣散播出去的。但爆炸並不是物質離開恆星的唯一途徑:你蛋白質中的碳,大多不是在爆炸中產生的,而是在小型恆星生命將盡時,被恆星風悄悄吹走;至於約一半的鐵,也就是現在在你血液中攜帶氧氣的那種鐵,則來自白矮星爆炸。
你的身體由什麼組成
如果按質量計算,你的身體將近三分之二是氧,主要存在於水中。接下來是碳,蛋白質的骨架都由它組成。鈣支撐著你的骨骼,而鐵只占你身體不到百分之幾,卻正是它在血液中攜帶氧氣。
如果不按質量,而是按原子數量計算,情況就反過來了:你身體裡每10個原子約有6個是氫。氫很輕,所以幾乎不影響你的質量。
而這些氫,正是來自宇宙最初幾分鐘的氫:它從未進入過恆星核心。但你身體其餘幾乎所有重量,都曾經通過恆星熔爐。
我們怎麼知道
1952年,保羅・梅里爾在幾顆紅巨星的光譜中發現了鎝的譜線。鎝沒有穩定同位素:恆星中觀測到的那種鎝,會在數十萬年內衰變,但一顆恆星的壽命長達數十億年。這表示它不是恆星誕生時就有的,而是現在仍在恆星內部生成。
第二項證據出現在2017年。當時天文學家捕捉到兩顆中子星合併,並及時觀察到合併後的餘暉。它的變暗方式,正好符合新生成重元素雲的預期;其中的鍶,已可靠地根據譜線辨認出來,金和鉑則是根據整體圖樣辨認的。根據這些觀測,金和其他最重的元素,正是在這類合併中誕生的。
元素在恆星中鍛造-證據充分;金的來源-證據較弱
為什麼恆星無法靠融合比鐵更重的原子核來獲得能量?
你血液中攜帶氧氣的鐵,來自哪裡?
來源
- 梅里爾,1952年-S型星光譜中的鎝;GW170817合併事件後千新星的觀測,2017年。卡爾・薩根,《宇宙》:「我們由星體物質組成。」
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