題:
一顆星星的最低元素要求是什麼?
Jake Graham Arnold
2019-11-16 19:39:38 UTC
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對於恆星而言,哪些元素必不可少?

據我了解,我們的太陽主要由氫和氦組成,大多數恆星含有少量較重的元素,例如碳,氮,氧和鐵。

但是太陽是否可以存在於諸如氫之類的單個元素上?還是在其他氣體上,例如氧氣或氮氣?甚至是氖或氙之類的稀有氣體?

即使沒有氫或氦,恆星也可能存在嗎?

最好將其放置在Worldbuilding網站中。關於天文學,我們傾向於根據現實世界以及在我們的宇宙中實際發生的事情來考慮這些問題。
我很抱歉,因為問題是關於恆星的,所以我(也許是錯誤地)認為這是提出問題的正確地點。
我認為這個問題非常適合天文學stackexchange。面向世界的堆棧交換是針對可能甚至對科學知識不甚了解的小說家的。這是一個有趣的科學問題,旨在清楚地了解恆星的物理學。科學家們總是在問“在物理定律下可能發生什麼”。
五 答案:
userLTK
2019-11-16 20:58:43 UTC
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是的,恆星可以存在,完全是氫。氫是使恆星發生的燃料,除非它們很大。只要它足夠大,一顆完全由氫構成的恆星將與我們看到的恆星非常相似。 “金屬性”是指非氫氦元素對恆星的聚變速率,密度和光譜學有一定影響,但沒有太大影響。

何時宇宙還很年輕,就規則物質或元素而言幾乎全部是氫和氦,因此很難形成恆星,因為這些輕質氣體很難聚集在一起。結果第一批恆星可能很大,但是一旦較重的元素開始在早期的超新星中釋放,那麼恆星的形成就變得容易了,因為有些元素會聚在一起並幫助較小的恆星形成。因此,其他元素在恆星形成過程中起著關鍵作用,但在恆星的壽命中起的作用要小得多。

非常大的恆星融合了較重的元素,但據我所知,較重的元素融合得更多爆炸性的。氫極難融合,因此,即使是大型恆星也要花費數百萬年的時間才能融合氫,因為大約有99.9999%的時間,當兩個氫足夠接近可以融合時,它們又恢復為兩個氫,而只有1萬億億次(十分之一即10 ^ 26)中的1歸功於@ PM2Ring。質子-質子共謀發生聚變過程並變成氘的情況很少。

重元素不會發生這種非常緩慢的過程,因此,完全由比氫和氦重的元素構成的恆星將以白矮星的形式開始其生命,即恆星的質量行星的大小,從技術上講,它根本就不是恆星,因為它不會進行聚變,而當聚變過程最終開始時,它更像是 1A型超新星 ,發生得非常迅速且具有爆炸性。

在較大的恆星中創建一些較重元素的CNO過程,如果沒有氫或更準確地說是自由質子,就不會發生。

基本上,您可以用純氫製成恆星。其他元素將在恆星內部形成,但是除非您將1a型超新星的變體視為“恆星”,否則就不能用其他任何元素構成恆星。我個人不知道。

即使您設法由純氫形成恆星(在我們的宇宙中,大爆炸也產生氦氣的可能性很小),第一個聚變反應仍將導致它不再是純氫。
哇謝謝!原諒我,關於氫聚變,我不知道恆星是如何工作的。您是否知道H在這方面是否唯一,或者是否還有其他元素也會以這種方式融合?奇怪的是,我不會質疑為什麼太陽會持續這麼長時間……謝謝:)
@JakeGrahamArnold您可能會在物理板上獲得關於該問題的更好答案。質子-質子融合很困難,因為2個質子和0個中子非常不穩定。我想還有其他可能形成的核構型,它們也非常不穩定,很可能會簡單地恢復其原始成分,儘管我不確定是否還會有其他類似的反應在恆星中發生。
太陽核中雙質子到氘核的轉化率*遠低於*百萬分之一,更像是$ 10 ^ {26} $中的1。
@JakeGrahamArnold並不是真正的氫,特別是質子+質子聚變。比太陽大的恆星仍會融合氫,但不會直接融合-CNO循環“催化”氫聚變,因為它不再依賴於兩個質子形成雙質子,其中一個質子通過弱核變成中子這一極不可能的事件。在此過程中形成氘核。在像太陽這樣的恆星中,這是融合速度的限制因素-相比之下,融合鏈的其餘部分發生得非常快。這也是為什麼我們什至不嘗試質子+質子融合的原因:)
@JakeGrahamArnold所有小於鐵的元素都會在恆星中融合。這就是為什麼鐵元素較少見的原因。一旦達到鐵定標準,獲取其他元素的方法就會減少。 (所有比鋰重的元素都完全由恆星形成)
James K
2019-11-16 20:52:33 UTC
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恆星由太空中的稀薄氣體形成,太空中的稀薄氣體由大約3/4的氫和1/4的氦(+痕量其他元素)組成。無法獲得由100%氧氣製成的恆星,因為無法在一個地方聚集足夠的氧氣來獲得足夠的質量來製造恆星。因此,所有真實的恆星將主要由H和He組成,並包含少量但大量的其他元素。元素(比鐵輕)經歷重力坍塌,可能會開始在其核心融合。特定的核反應在能量上是否可能或在統計學上可能取決於核結合能。在極端條件下,矽和其他元素會發生光分解,從而提供可以與其他原子核融合的氦氣,即使無法直接實現Si + Si,這也可以引起進一步反應。我們不知道這種物體到底是什麼樣,因為從未觀察到過。甚至所謂的“碳星”也主要由H和He組成。沒有H或He的恆星不可能形成,因為它們是星際氣體的主要成分。

太棒了,非常酷。我來看看“碳星”,我沒有意識到大多數星都是由與我們的太陽相同的物質組成的,出於某種原因,我認為它們都是由不同的氣體和不同的比例組成的。不知道我從哪裡得到這個想法。謝謝。
有各種類型的[氫缺乏恆星](https://en.wikipedia.org/wiki/Hydrogen-deficient_star),但即使那些恆星中也可能有*一些*氫。
這是否意味著如果有人能夠在一個空的空間區域中聚集一顆恆星的純錳原子重量,就會從中形成恆星(內部的聚變將抵消重力收縮)?如果它是鐵或更重的東西,那麼聚變將不會點燃,而我們最終會陷入一個由簡併物降解的球,僅由於壓縮而在較短時間內變熱了?
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@PM2Ring:我之所以只選擇錳,是因為它剛好低於鐵,而鐵通常被認為是高於該點的點,在該點上聚變不再產生足夠的能量來維持可持續發展。
毫無疑問,一個更好的物理學家可以糾正我,但我知道Mn可以光分解,從而產生自由的He核進行聚變。我不知道是否存在可能的反應途徑,但至少從原理上講,錳核向鐵核的轉化在能量上是有利的,但人體可能必須釋放出如此多的重力才能使其在統計學上可能會以一種非常奇怪的超新星爆炸而破裂。如第一段所述,單元素星不存在也不可能存在。
@vsz理解了。但是,當天體物理學家這樣說時,他們談論的是將鐵與氦融合,而不是鐵與鐵的更困難的融合反應。即使在Fe + He熔化所需的溫度下,也會發生大量的光解離。也就是說,它是如此之熱,以至於周圍的黑體輻射具有大量的伽馬光子,這些伽馬光子具有足夠的能量來粉碎核。
@James好點!我*懷疑*共聚熔合產物的光解離可能比錳的光解離快。但是要找到有關這種假設過程的信息有點困難。 ;)通常,錳是通過r過程在超新星(我猜是超新星)中產生的,因此在大恒星的核殼中找不到很多錳。
哎呀。我應該在最後幾條評論中寫“ photodisintegration”,而不是“ photodissociation”。對於那個很抱歉。
這是不正確的。例如,白矮星“星”是由碳和氧構成的,它們不會也不會經歷核聚變。
(幾乎)單元素恆星不可能存在也是不正確的。反例是幾乎100%氦氣的sdB星。當然正確的是,您不能用初始的單元素組成來形成恆星。
@RobJeffries:*“您無法形成” *-您是說它們不會自然形成,因為那不是太空中物質的組成,或者您是否人工收集了一顆恆星的單元素質量在一起,它不會形成一顆工作之星嗎?
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@RobJeffries“這是不正確的。例如,白矮星”是由碳和氧構成的。”天文學家是否區分正在經歷核聚變的物體(在核中還是在殼中)與恆星殘留物(如白矮星或中子星)之間沒有明顯的核聚變?換句話說,將白矮星稱為恆星是正確的(在這種情況下,某些恆星沒有H / He含量是正確的),還是不正確的(因此在引號中加上“ star”)?
antispinwards
2019-11-17 04:49:31 UTC
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在這個宇宙中不太可能形成純氫星,因為大爆炸核合成導致產生氦和鋰(加上不穩定的tri和鈹7同位素,它們會衰變除了氫以外,還分別注入3氦和7鋰)。因此,最初的恆星形成環境很可能包括這些元素。

即使您確實以某種方式形成了純氫恆星,恆星也由核聚變提供動力。這是將較輕元素轉化為較重元素,因此第一次聚變反應將導致恆星不再是純氫。

關於無氫恆星的問題,有各種缺氫星,主要是恆星演化過程的結果(其中一些天體被認為是恆星殘留物)。請記住,它們是由它們的光譜識別的,這意味著被探測的是恆星的外層而不是整體組成。這些物體很可能並非完全不含氫。

Rob Jeffries
2019-11-18 02:13:56 UTC
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是的,存在的恆星可能根本不包含氫和氦-它們很豐富,被稱為白矮星。很少見的例子是幾乎完全由氦組成的 sdB和sdO恆星。

但是,白矮星“恆星”沒有經歷聚變過程-它們是惰性的。這說明了基礎物理學。通常認為“恆星”是最小質量-它是將達到足以啟動聚變反應的中心溫度的最低質量,該聚變反應可以提供恆星的光度。

對於具有組成的恆星像太陽一樣,太陽質量約為0.075太陽質量。對於較重的元素,質量較高,因為融合較重元素的庫侖勢壘較高,因此必須達到更高的核心溫度。最小質量約為1.2太陽質量。由純氧製成的較小物體會收縮,直到它們達到地球的大小,然後在受到電子簡併壓力的支撐時停止收縮,並且永遠不會變熱而無法開始聚變。這就是我們所說的白矮星。

在自然界中的“正常”恆星中心產生了各種組成的恆星。 “正常恒星”建立的核主要由氦組成,然後由碳,氧和最終由鐵組成。這些核心通常隱藏在氫包膜下,但是伴隨著質量損失或伴隨的剝離會暴露出這些物體。 sdB和sdO星就是一個例子。這些是真正的恆星,從某種意義上講,它們正在發生聚變反應,將氦氣轉變為碳和氧。這樣做的最小質量約為0.4太陽質量。較低質量的例子幾乎變成純淨的氦白矮星。

Beenay25
2019-11-18 20:52:27 UTC
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大爆炸之後的第一批恆星中會含有氫,而氫只佔很小的比例。隨著年齡的增長,會在其中創建更重的元素。好吧,至少是鐵。除了需要超新星發生之外,所有這些都假設我正在準確記住我的A級物理。已經有一段時間了。

考慮到宇宙中的重子物質是按質量計約25%的氦氣,或按原子數計約8%的氦,因此說“不多”是不正確的。所有原恆星中不可避免地存在氦氣。


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