宇宙氧元素 宇宙中氧元素丰度为何排第三位
宇宙氧元素(宇宙中氧元素丰度为何排第三位)
原创:鲁超
答案都写在这张图上
快,盯着这张图看3分钟。
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看懂了就不用往下拉了,挺累人的~
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那就对了,继续下拉吧。
倾情预告一下:以下是宇宙终极奥秘,不看遗憾终身,看完终身遗憾~
首先,氧在宇宙中的排名确实是第三位,仅次于氢和氦这两种大爆炸元素。
银河系中的元素丰度排名。因为银河系比较“平庸”,所以我们相信这和全宇宙的元素丰度差不了多少。
众所周知,大爆炸“big bang”炸出了氢、氦和极少的锂。
38万年后,宇宙中开始发出缕缕星光,在这之后,制造更高级元素的工厂是恒星!
▲宇宙大爆炸
恒星靠核聚变反应将较轻的元素合成更重的元素,一直到铁,一般认为铁56原子核的比结合能最高,这首伟岸的舞曲在铁这里终于划上了一个休止符,无法再进行下去了。
铁之后的重元素主要来自超新星爆炸和双中子星合并。
此外,在二代、三代超级大恒星的内部,由于质量足够大,温度足够高,加上已有一些重元素,因此也可能会发生一些生成“超铁元素”的核反应,这被称为“S-过程”(慢过程)。
从名字就知道这种核反应是极其缓慢的,而且最高也只能生成到82号元素——铅。
宇宙中,这些重元素的丰度显然不可能太高,就不在我们今天讨论范围内了。
▲原子核吃进中子,吃多了会“消化不良”,发生β衰变,中子变成质子。这就是慢中子俘获过程(S-过程)
这样,要讨论铁之前元素丰度的问题,就变得简单了。
无非是两方面:
1,恒星内部核聚变的路线(确保生产出来)
2,各种元素同位素的稳定性(不衰变掉)
最早提出核聚变是恒星能量来源的是爱丁顿先生,不过他马上就被打脸了,其他科学家掐指一算,根据经典物理学,需要达到几百亿度的高温,氢原子核(质子)才能克服电荷排斥力发生聚变反应。
而当时了解到太阳中心温度大约为4000万度,这差距显然太大了。
▲爱丁顿
关键时候,伽莫夫来救场了,他在研究阿尔法衰变的时候发现了量子隧道效应。
两位科学家阿特金森和豪特曼斯把这个效应用在爱丁顿的问题上,成功帮他解了围。
有个有趣的故事,豪特曼斯和一个妹子夜间散步,妹子看到壮丽的星光,不禁感叹:星星一闪一闪多美啊!
豪特曼斯自鸣得意的说:“我刚刚知道它们为什么发光!”妹子不为所动继续欣赏星光。其实,这个妹子是阿特金森的夫人。
▲阿特金森(左)和豪特曼斯(右)最早证明恒星核聚变可行,私下里也有一段扯不清的情感纠葛?
阿特金森和豪特曼斯只是证明了恒星内部的核聚变可行,第一条恒星内部的核反应路径是1938年贝特和维兹泽克找到的——碳氮氧循环(CNO cycle)。
碳12原子核与一个质子(氢原子核)聚合生成氮13原子核,这是一种很不稳定的同位素,它很快发生β衰变,生成碳13原子核,碳13再碰到一个质子生成氮14原子核,这就是氮元素的主要由来。
但是在CNO循环中,氮14原子核还继续反应下去,和一个质子碰撞生成氧15原子核,氧15也很快发生β衰变,生成氮15原子核,氮15再跟一个质子碰撞,这次生成一个碳12原子核和一个α粒子(氦4原子核)。