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【元素的制造：从大爆炸核合成到快速中子捕获】
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物质是由原子构成的 ， 但是原子从何而来？乍一看 ， 制造一个原子似乎并不难 ， 我们需要的只是一些用于原子核的中子和质子 ， 以及围绕原子核运转的电子 。 一旦我们有带正电的原子核 ， 它就会吸引电子形成电子壳 。 但是制造原子核并不容易 ， 问题是质子都带正电并且互相排斥 。 为了让它们紧紧粘在一起 ， 我们需要让它们接近到强力的作用范围 ， 不过这个过程需要高至上亿的温度 。
如此高的温度存在于早期宇宙中 。 然而 ， 当时宇宙各处的物质密度都非常高 ， 它是一种几乎没有结构的亚原子粒子汤 ， 在这汤里没有原子核 ， 只是组成原子核成分的混合物 。 只有当它继续膨胀并冷却时 ， 其中一些粒子才有可能粘在一起创造出原子核 ， 然后可以捕获电子来制造
顺便说一下 ， 制造原子核的过程称为“核合成” ， 而在大爆炸后几分钟发生的这部分核合成被称为“大爆炸核合成” 。 但是大爆炸后的膨胀发生得如此之快 ， 以至于只有最轻的原子核才能在这个过程中合成 。 宇宙继续膨胀 ， 但轻核在引力的作用下聚集起来 ， 形成了第一批恒星 。 在这些恒星中 ， 引力的收缩作用使它们温度再次升高 ， 足以使这些轻原子核再次相遇 ， 并融合成更重的原子核 。 这种核聚变会产生能量 ， 这也是恒星发光发热的原因 。
恒星中的核聚变可以持续到原子序数为26的铁 ， 随后就会停止核聚变 。 因为在这之前的聚变是释放能量的 ， 而铁核聚变是要吸收能量的 。 但是 ， 那些比铁重的元素是从哪里来的呢？它们来自于一个叫做“中子捕获”的过程 。
一些聚变过程会产生自由中子 ， 而中子由于没有电荷 ， 它们会比质子更容易进入原子核 。 一旦它们进入原子核 ， 它们就有可能会β衰变成一个质子、一个电子和一个电子反中微子 。 如果这个过程发生了 ， 就
中子捕获偶尔会发生在恒星中 ， 因此随着时间的推移 ， 老恒星会孕育出一些比铁更重的元素 。 然而老恒星中的中子捕获速度很慢 ， 而且恒星的寿命都是有限的 ， 因此这个过程并不能产生我们所观察到的足够多的重元素 。 为此 ， 我们需要另一个“快速中子捕获”的过程 ， 它需要一个非常高压的极端环境 ， 其中包含大量轰击原子核的中子 。 同样 ， 一个中子进入原子核 ， 产生β衰变后留下一个质子 ， 变成更重的元素 。
长期以来 ， 天体物理学家认为快速中子捕获发生在超新星中 。 但计算结果并不理想 ， 他们表明超新星不会足够快地产生足够数量的中子 。 观测结果也不支持这个想法 ， 例如在矮星系中观测到的重元素如果都是超新星产生的 ， 那么这将需要如此多的超新星 ， 以至于会将这个矮星系炸开 。 因此 ， 天体物理学家现在认为 ， 重元素可能是在中子星合并中产生的 。
中子星超新星爆发后留下的致密内核 ， 顾名思义 ， 它包含了大量的中子 。 它实际上并不包含原子核 ， 只是一大团超致密的核等离子体 。 如果它们发生碰撞 ， 碰撞会产生大量的原子核 ， 并为快速捕获中子创造条件 。 这可以创造我们在地球上发现的自然形成的所有重元素 。 最近对中子星碰撞发出的光的分析支持了这一假设 ， 因为光包含了重元素存在的证据 。
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