常棒的比喻!”我由衷地赞叹,“恒星的稳定发光,正是靠这种‘燃烧’来维持的。但是,就像木柴会烧完一样,恒星核心的氢燃料也终究会耗尽。”
为了展示下一步,傅教授操控飞船,将我们的视线投向一颗已经步入老年的红巨星。这颗恒星体积膨胀得极为巨大,颜色呈现出不祥的暗红色。
“当核心的氢耗尽,‘火堆’眼看要熄灭时,引力会迫使核心收缩,导致温度和压力进一步飙升。这时,就达到了点燃下一阶段聚变的条件——‘氦燃烧’。”傅教授一边解释,一边展示红巨星内部的结构模拟图。
图像中,恒星的核心像一个忙碌的车间。氦原子核在极端条件下开始聚变,三个氦核奇迹般地结合成一个碳原子核。有时,碳核还能再捕获一个氦核,形成氧原子核。
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“看,新的‘积木’诞生了!”我指着模拟过程中跳出来的碳和氧的原子模型,“碳,是地球上所有生命骨架的基础;氧,是我们呼吸所需。这两种至关重要的元素,就是在恒星演化的这个阶段,由氦‘燃烧’产生的。这个过程,就像工厂的‘中级车间’开始运转了。”
傅愽文睁大了眼睛,他似乎很难想象,构成他身体、他呼吸的空气,竟然源自这样一颗遥远、垂死恒星的内部熔炉。
“那……更重的积木呢?”他追问道,逻辑清晰,“铁呢?还有您上次说的,妈妈戒指上的金子呢?它们也是这么‘烧’出来的吗?”
“问到关键了!”傅教授眼中闪着光,“像铁这样的元素,确实可以在非常大质量的恒星内部,通过一步步的聚变产生,比如碳聚变成氖和镁,氧聚变成硅和硫,最后硅聚变成铁。但是,聚变到铁这一步,就遇到大麻烦了。”
他放大了模拟图像中恒星核心的铁核部分。“铁原子核是所有原子核中最稳定的,就像一座结构完美、异常坚固的堡垒。继续聚变它,不仅不会释放能量,反而需要吸收巨大的能量。这就意味着,对于恒星来说,‘烧铁’是一笔亏本的买卖,它不能再为恒星提供对抗引力的辐射压。”
模拟图像中,恒星的核心因为“燃料”耗尽,辐射压骤减,巨大的引力瞬间失去平衡,导致整个核心以惊人的速度——每秒数万公里——向内坍缩。
“这就是我们上一章看到的超新星爆发的序幕!”我适时地将两章知识连接起来,“这场灾难性的内爆,会产生极端到无法想象的条件:温度高达数十亿度,密度堪比原子核,还有海量的自由中子像暴风雨一样充斥空间。”
傅教授将画面切换到超新星爆发的瞬间,重点标注出两种关键的元素合成过程:“在这种地狱般的环境中,宇宙元素工厂最神奇、也是最重要的‘高级车间’——‘r-过程’(快中子捕获过程)和‘s-过程’(慢中子捕获过程)——开始全力运转!”
他首先解释了“s-过程”,这主要发生在质量较小的老年恒星(如红巨星)内部,相对温和。“这就像慢工出细活,”我配合着用比喻向愽文解释,“铁原子核像一颗种子,慢慢地、一个一个地捕获路过的好新中子,逐步‘长大’,变成更重的元素,比如锶、钡、铅等。这个过程比较缓慢,所以叫‘慢过程’。”
“而真正负责制造黄金、白银、铀这些最重、也是最珍贵元素的,是‘r-过程’!”傅教授的声音带着一种揭示宇宙终极奥秘的激动,“只有在超新星爆发或者中子星合并这样极端猛烈的事件中,中子流才会如此密集、如此狂暴。铁种子在这里不是慢慢吸收营养,而是被中子暴雨瞬间淹没,在短短几秒钟内疯狂地捕获大量中子,瞬间‘催熟’成一系列极重的、不稳定的原子核,这些原子核再通过放射性衰变,稳定下来,就变成了像金、银、铂、铀这样的元素!”
为了让愽文更直观地理解,傅教授启动了一个互动式的全息元素周期表。这张表格悬浮在船舱中央,大部分格子还是灰色的。
“现在,愽文,让我们来点亮这张‘宇宙积木清单’!”傅教授说。<
