質(zhì)量 一顆質(zhì)量是木星80倍、由純金構(gòu)成的星球會(huì)坍縮成恒星嗎
眾所周知，恒星能夠向外源源不斷釋放光和熱的主要原因，就在于其內(nèi)部每時(shí)每刻都在進(jìn)行著核聚變反應(yīng)，在恒星內(nèi)部高溫和高壓的環(huán)境條件下，輕元素原子核中的質(zhì)子可以進(jìn)入另外的原子核并與其中的質(zhì)子相結(jié)合，從而形成原子序數(shù)更高的元素，在此過(guò)程中釋放出相應(yīng)的能量。那么，我們不妨做個(gè)頭腦風(fēng)暴，假如一顆質(zhì)量可以達(dá)到氫元素核聚變最低臨界值的星球，即太陽(yáng)質(zhì)量的0.08倍，也就是木星質(zhì)量的80倍，而這顆星球是由純金構(gòu)成的，能否引發(fā)內(nèi)部的核聚變反應(yīng)呢？
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讓我們先來(lái)看一下恒星的形成過(guò)程。宇宙中第一批恒星的誕生，其物質(zhì)的根本來(lái)源為宇宙大爆炸之后向外釋放的物質(zhì)，在宇宙大爆炸發(fā)生之后的38萬(wàn)年之后，隨著宇宙空間溫度的逐漸下降，原先充斥在宇宙空間中的一些自由中子、質(zhì)子和電子開(kāi)始聚合形成第一批中性原子，而氫和氦由于是組成結(jié)構(gòu)最為簡(jiǎn)單的兩種元素，所以在宇宙最開(kāi)始形成的第一批元素，也是后來(lái)宇宙最基本的物質(zhì)就是由這兩種最簡(jiǎn)單的氣體所構(gòu)成。在長(zhǎng)時(shí)間的引力擾動(dòng)作用下，這些輕氣體物質(zhì)開(kāi)始慢慢聚集，圍繞著一些核心點(diǎn)逐漸發(fā)生坍縮，在此過(guò)程中推動(dòng)核心區(qū)域的質(zhì)量、溫度和壓力隨之攀升，當(dāng)達(dá)到700萬(wàn)攝氏度以上、壓力上千億大氣壓的條件時(shí)，在量子隧穿效應(yīng)的作用下，一小部分氫原子中的質(zhì)子便有幾率突破原子核之間的庫(kù)侖力，與另外原子中的質(zhì)子相結(jié)合，形成氦原子核，在此過(guò)程中釋放出一定的能量，恒星從此便登上歷史舞臺(tái)。
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【 質(zhì)量|一顆質(zhì)量是木星80倍、由純金構(gòu)成的星球會(huì)坍縮成恒星嗎】原始星云的規(guī)模越大、物質(zhì)濃度越高，恒星所吸聚的輕物質(zhì)也就越多，質(zhì)量也就越大，從而內(nèi)部核聚變的強(qiáng)度也就越大，與此同時(shí)，氫元素的消耗速度也會(huì)越快。當(dāng)恒星主序期結(jié)束之時(shí)，外層的重力便會(huì)占據(jù)上峰，從而恒星會(huì)發(fā)生劇烈收縮，從而重啟內(nèi)部更加劇烈的核聚變，推動(dòng)恒星向外的輻射壓急速增強(qiáng)，恒星的體積發(fā)生膨脹，形成紅巨星或者紅超巨星。質(zhì)量較大的恒星，在經(jīng)歷完紅巨星或者紅超巨星膨脹之后，通常會(huì)發(fā)生超新星爆發(fā)現(xiàn)象，將恒星組成的大部分物質(zhì)拋灑到宇宙空間中，從為下一任恒星的重要物質(zhì)來(lái)源。剩余的恒星內(nèi)核部分，則會(huì)繼續(xù)發(fā)生坍縮，相應(yīng)演化為中子星或者黑洞。
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由于在所有的元素中，鐵的比結(jié)合能最高，如果再要通過(guò)核聚變生成更重的元素，則所需的能量要比釋放的能量要高，恒星的核聚變就不可持續(xù)了，因此恒星內(nèi)部的核聚變，只能持續(xù)到鐵為止。而在超新星爆發(fā)過(guò)程中，由于瞬間產(chǎn)生的溫度極高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出大質(zhì)量恒星主序期時(shí)內(nèi)核的溫度，在如此高能量的環(huán)境中，被拋灑出去的恒星組成物質(zhì)（這里既包括恒星外層沒(méi)有參與核聚變的氫，還有原來(lái)在恒星內(nèi)部從外至里依次分布的氦、氮、氧等元素，一直到鐵元素），在快中子俘獲作用下，可以在極短的時(shí)間內(nèi)，較輕的元素可以與快中子結(jié)合形成更重的物質(zhì)，其中鐵元素與快中子生成了眾多重鐵元素。因此，超新星爆發(fā)是現(xiàn)有宇宙中比鐵重物質(zhì)產(chǎn)生的主要來(lái)源，這些物質(zhì)在宇宙的行星和衛(wèi)星中都會(huì)有所體現(xiàn)。
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雖然宇宙中恒星的演化經(jīng)歷著上述物質(zhì)循環(huán)的過(guò)程，一批大質(zhì)量恒星“死去”，另一批恒星從超新星爆發(fā)中攫取輕物質(zhì)形成新興的恒星，但是氫、氦等輕元素的豐度會(huì)越來(lái)越少。從目前觀測(cè)和推算的結(jié)果來(lái)看，與100億年前宇宙中大質(zhì)量恒星呈現(xiàn)高峰的狀態(tài)相比，現(xiàn)有宇宙中的恒星數(shù)量已經(jīng)在呈下降趨勢(shì)了，而且大質(zhì)量的恒星數(shù)量也越來(lái)越少。而且根據(jù)科學(xué)家們的觀測(cè)，與宇宙中第一批恒星是貧金屬型相比，現(xiàn)在的恒星中金屬元素的豐度值就相對(duì)較高，所以科學(xué)家預(yù)測(cè)，隨著時(shí)間的推移，宇宙中氫、氦的含量會(huì)越來(lái)越少，星云氣體坍縮形成恒星的能力就會(huì)越來(lái)越低，而且形成的恒星多為中小型的恒星，恒星的周期演化將變得不可持續(xù)。
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那么，這種情況也就意味著，沒(méi)有大量的氫、氦等輕氣體，就無(wú)法最終通過(guò)坍縮的方式激發(fā)內(nèi)部的核聚變，即使外界物質(zhì)再多也無(wú)濟(jì)于世。當(dāng)然，我們也可以通過(guò)恒星的演化進(jìn)程，特別是重元素的豐度越來(lái)越高，推測(cè)出宇宙中物質(zhì)的原子數(shù)總量肯定會(huì)慢慢減少，因此能夠支撐恒星吸聚的物質(zhì)當(dāng)然也會(huì)呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。
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