Я понимаю, что как только звезда начинает синтезировать железо, она обречена на коллапс, потому что для синтеза железа требуется больше энергии, чем выделяется в процессе, что позволяет противодействующей гравитации звезды вызвать ее коллапс.
Но почему? Что делает железо таким особенным? Кажется, он занимает довольно незначительное место в середине таблицы периодов среди переходных металлов. Так почему же железо нарушает правила игры для всех предшествующих ему элементов, когда дело доходит до синтеза?
Я заметил, что в другом вопросе кто-то сказал, что не железо, а никель был первым элементом, для плавления которого требовалось больше энергии, чем выделялось, но каждый документальный фильм и книга, которые я читал, утверждают, что это железо. Итак, если вы ответите, что «железо не является первым элементом, который требует больше энергии ...», пожалуйста, объясните, почему все другие источники, которые я когда-либо слышал, неверны!
Было бы хорошо, если бы вы ссылались на свои источники, потому что вы можете их неправильно понять. Мы сможем увидеть, что они на самом деле говорят, и помочь вам понять их.
Нуклеосинтез железа не использует больше энергии, чем производит.
Однако его часто называют самым тяжелым элементом, созданным в результате синтеза, в результате которого производится больше энергии, чем потребляется.
Однако это не совсем так. Более тяжелые элементы могут быть получены путем синтеза, который производит больше энергии, чем используется, за исключением того, что эти реакции синтеза не происходят в звездах. (например, 40Са + 40Са)
Кроме того, более тяжелые ядра могут сливаться в звездах, в результате чего производится больше энергии, чем используется, но это нестабильные изотопы, и они быстро распадаются.
То есть, точнее говоря, железо — это самый тяжелый элемент, образующийся при звездном нуклеосинтезе в любом значительном количестве, которое производит больше энергии при синтезе, чем потребляет синтез.
Это называется лестницей альфа-процесса. Продолжайте добавлять альфа-частицы к вновь сгенерированным ядрам, пока не перестанете получать больше энергии, чем вкладываете.
Последний шаг в альфа-процессе, который действительно производит энергию, - это 52Fe + 4He => 56Ni (извините за мусорное обозначение; если этот ответ вообще считается полезным, я постараюсь привести в порядок обозначения)
56Ni + 4He => 60Zn потребляет больше энергии, чем производит.
56Ni имеет очень короткий период полураспада, всего 6 дней, распадаясь до 56Co с периодом полураспада 77 дней, который распадается до стабильного 56Fe. Так что, когда звезда находится на грани коллапса, она будет производить много железа на своих последних стадиях, часть из которых образуется в результате распада более тяжелых радиоактивных изотопов.
Почему в этот момент альфа-процесс прекращает производство энергии? Это потому, что именно здесь находится пиковая энергия связи . Более.
Как видно из этого вопроса: какие эффекты, кроме «дефекта массы», делают альфа-лестницу за пределами железа-56/никеля-56 эндотермической? Не так просто объяснить, почему синтез останавливается на железе (на самом деле он останавливается на 56Ni, а затем в результате радиоактивного распада образуется 56Fe, т.е. конечным продуктом синтеза является 56Ni, а не 56Fe).
Добавление альфа-частиц к 56Ni по-прежнему является экзотермическим (отдельно)
Элементы вокруг 56Ni, 56Fe и др. занимают особое положение, поскольку они находятся на пике кривой энергии связи на нуклон .
Это означает, что если у вас есть группа нуклонов и их можно перегруппировать, чтобы сформировать ядра различных видов, то естественной тенденцией является минимизация общей плотности энергии за счет максимизации энергии связи на нуклон и формирования ядер, находящихся на пик BE на нуклонную кривую (т.е. элементы «железного пика»).
Таким образом, как подчеркнуто в моем ответе на вопрос, упомянутый выше , хотя энергетически выгодно (т.е. высвобождает энергию) в ядре, состоящем из 52Fe, отрывать альфа-частицу от одного ядра и сплавлять ее с другими ядрами 52Fe, чтобы получить 56Ni , то же самое неверно, если сердечник состоит из 56Ni. т.е. требуется энергия, чтобы вырвать альфа-частицу из ядра 56Ni и слить ее с другими ядрами 56Ni, чтобы получить 60Zn.
т.е. есть два шага: (1) удалить альфа-пертикул из существующего ядра; (2) добавить его к другому ядру, чтобы создать более тяжелое ядро. Два шага, взятые вместе, являются эндотермическими, если исходное ядро такое же или более тяжелое, чем 56Ni. (Обратите внимание, что 62Ni технически является ядром с максимальным BE на нуклон [просто], но нет простого пути добраться до него путем синтеза).
Теперь в ядре массивной звезды доступно много энергии, поэтому может произойти синтез выше 56Ni (эндотермически). Однако кулоновский барьер также увеличивается по мере того, как ядра получают больше протонов, а температуры, необходимые для инициирования синтеза, увеличиваются. При температурах, необходимых для плавления 56Ni в 60Zn, фоторасщепление энергичными фотонами становится очень важным процессом, и поэтому 60Zn (хотя некоторое его количество присутствует) имеет тенденцию фоторасщепляться так же быстро, как и образуется. Поскольку фоторасщепление очень эндотермическое (см. шаг (1) выше), то это обычно означает конец пути для звезды и может вызвать коллапс ядра.
Что касается того, почему элементы с железным пиком находятся на пике BE на нуклонную кривую, вам нужно взглянуть на основы ядерной физики. Сильное ядерное взаимодействие сильно притягивает, но действует только между ближайшими соседями, но ядра на «поверхности» связаны менее тесно. На поверхности меньше нуклонов (по отношению к общему количеству), если у вас большие ядра. Однако протоны в ядре отталкивают все остальные протоны в ядре; эффект уменьшается по мере увеличения размера ядра, но сильно возрастает (по мере ) с количеством протонов. Таким образом, у вас есть два конкурирующих эффекта; один благоприятствует более крупным ядрам, другой не благоприятствует большим ядрам с большим количеством протонов. Энергия связи на нуклон максимальна где-то посередине.
ПрофРоб
Джереми
ПрофРоб
Джереми
PM 2Кольцо