大爆炸后的10亿年,宇宙仅仅是继续膨胀,温度继续下降,当温度下降到数千摄氏度时,数以亿万计的氢原子和氦原子由于引力而凝聚到一起,电子和核之间的电磁力发生作用,从而使平均密度高的区域停止膨胀并开始坍塌,而且由于引力的拉力使它们旋转。随着坍塌区域的变小,其自转速度更快,这样碟状星云就产生了。碟状星云被压缩到足够紧密时,恒星诞生了。天文学家观察到银河中心的黑洞周围有大量碟状星云存在,许多大质量恒星均由此演变而成。
超大质量的银河系中心黑洞被周围碟状星云环绕,大质量恒星正孕育其中
恒星按其质量大小可分为许多类型,它们有着各不相同的演化历程,但它们共同的特点是在自身引力下坍塌,收缩时原子相互碰撞,气体温度升高,直到热得足以启动核聚变反应。对于太阳这样的恒星来说,它所以提供给我们光和热是因为其内部氢元素聚变成氦元素。如果恒星的质量比太阳更大,则引力坍塌足以使原子相互碰撞产生的温度更高,核聚变就能使原子序数更大的元素形成。随着恒星质量的增大,当温度达到几十亿摄氏度或更高时,比碳更重的元素也就可按序次一个个地被合成出来了。假如当恒星的质量达到太阳的20倍时,则核合成的壳层可从H、He开始一直向C、O、Ne、Mg发展直至Si。作为起始的阶段,氢合成氦的过程是十分重要的,可用下列核反应式表示:
地球与环境
核聚变过程如下图所示:2H是氢的一种同位素,称氘,它是由一个质子和一个中子组成。3H称氚,由一个质子及两个中子组成。反应时它们聚变成氦(He)并释放出一个中子(n)。
重元素的燃烧需要比轻元素燃烧更高的温度,例如氦燃烧出现的温度大约是1亿摄氏度才能使氦聚变为碳,其反应式为
地球与环境
而硅燃烧的温度要提高到35亿摄氏度才能使硅聚变成镍,其反应式为
地球与环境
硅燃烧也可聚变成铁,这个占地球质量最大的元素是在比太阳质量大得多的恒星合成出来的,估计此类大恒星在熔制铁元素时温度也要达到35亿摄氏度。
氘(2H)及氚(3H)经核聚变反应形成氦并释放出一个中子