巨型恒星燃烧元素

巨型恒星燃烧元素

大质量恒星在形成后，与小质量恒星一样，内部只有氢燃烧，就是只有氢聚变为氦的反应。由于重力的原因，形成的重一些的元素会沉积在恒星中心，形成重元素球，所以，氦生成后，会集中在恒星的中心，氢聚变为氦的反应会发生在氦球的表面。
随着氦的积累，氦球中心的密度和温度升高，达到氦聚变为碳的温度时，氦就会燃烧起来，恒星中心又会形成越来越大的碳球。此时，恒星有两种核聚变反应在同时发生，一是中心部位的氦聚变为碳的反应，二是在氦球表面氢聚变为氦的反应。由于两种核聚变反应在同时发生，恒星就开始变大了。
当碳在恒星中心积累到一定程度后，密度和温度升高，碳也会开始发生聚变反应，形成更重的元素，如氧、氮、氖、硫、镁、铝、硅、钙、……等，各种元素会按照其原子重量（原子量）由轻到重，从恒星的表面向内排列，恒星变得更大了。一直到恒星中心生成铁，恒星中心的核聚变反应才会停止下来。因为铁元素的原子核内能是最低的，铁既不能通过聚变反应生成更重的元素，也不能用裂变的方式产生能量，铁就会在恒星的中心沉积下来，整个恒星就成了一个巨型的、一层一层的“洋葱头”结构，如下图。

这个图没有按照实际比例画。实际上，恒星直径的90%以上还是最外面的氢，越往中心，所占的直径比例越小。
中心铁核以外的各层元素都可以燃烧，形成下面一层的元素。只有铁是不会燃烧的。
等到所有铁外面的元素都因为恒星膨胀变大造成的密度和温度下降，不能再进行聚变反应时，恒星中所有的核聚变反应都会停止下来，恒星不再有向外的辐射了，在引力作用下，铁核以外的各层元素都会向恒星内部收缩，直到撞击到铁核上，然后反向冲出恒星，发生超新星爆发。撞击的能量会输送给铁，让铁生成更重的元素，如铜、钨、铱、铂、银、铅……金、一直到铀。我们地球上的铁和比铁重的元素就是这么来的。
元素越重（原子序数越大），生成时所需要的能量就越多。这也是越重的元素，量就越少的原因。