Tại sao sắt (Fe) là nguyên tố cuối cùng được tạo ra trong một ngôi sao sụp đổ? Sắt có gì đặc biệt?
A: C Stuart Hardwick
——————————–
Thực ra thì không phải sắt mà là niken nhưng đồng vị của niken sinh ra trong các ngôi sao không ổn định và phân rã trở lại thành sắt thôi.
Điều đặc biệt về sắt đấy là sắt (đặc biệt là Fe-56) có năng lượng liên kết cao nhất trên mỗi nucleon của các nguyên tố. Do đó, phản ứng tổng hợp hạt nhân chỉ sinh ra năng lượng từ việc tổng hợp các nguyên tử nhẹ hơn vào Fe-56 hoặc nguyên tử có khối lượng nhỏ hơn. Vượt mức đó thì phản ứng tổng hợp không thể giải phóng năng lượng và không thể duy trì nữa.
Trong một ngôi sao, nhiệt độ và áp suất buộc các nguyên tố nhẹ như heli và hidro phải hợp nhất thành các nguyên tố nặng hơn. Khi ngôi sao già đi, chúng lại hợp thành các nguyên tố nặng hơn nữa và tiếp tục như vậy, cho tới khi chúng sản sinh ra sắt và niken (nếu ngôi sao đó đủ lớn). Các ngôi sao trải qua chuỗi phản ứng tổng hợp có thể dự đoán trước khi mà các nguyên tố nhẹ kết hợp thành nguyên tố nặng hơn, chúng tích tụ trong lõi của các ngôi sao cho đến khi đạt mật độ đủ dày để tổng hợp thành nguyên tố khác nặng hơn nữa. Quy trình cứ như thế, cho đến khi sắt hay bất cứ kim loại nhẹ nào mà khối lượng của ngôi sao đó có thể “cõng” được.
Đây là phương thức cơ bản để các nguyên tố được sinh ra, và đây là nguyên nhân các nguyên tố phổ biến nhất trong vũ trụ (heli, oxi, nito, cacbon), tất cả chúng là sản phẩm phụ của quá trình tổng hợp trên các ngôi sao. Một nguyên tố phổ biến khác, neon, được sinh ra từ beri, một nguyên tố đáng lẽ sẽ trở nên phổ biến nếu nó không được sinh ra trong hình thái có tính ổn định không cao trong các ngôi sao, cũng giống như niken vậy.
Có lẽ bạn sẽ hỏi: Nếu vụ nổ trên ngôi sao không thể xử lý các nguyên tố nặng hơn sắt và vũ trụ ban đầu chỉ toàn là hidro với heli thì uranium và các nguyên tố hóa học nặng khác sinh ra từ đâu?
Khi một ngôi sao tạo ra quá nhiều sắt, thì sẽ không còn đủ các yếu tố nhẹ hơn để tiếp tục hợp nhất với tốc độ đủ để giữ ngôi sao chống lại trọng lực của chính nó nữa. 🖼
Ngôi sao đó sẽ tan vỡ sau vài giây, và giống như các hạt bị bắn vào nhau trong máy gia tốc, tất cả các khối lượng đó kết hợp với nhau mạnh mẽ đến mức sắt và các nguyên tử nặng hơn buộc phải hợp thành các nguyên tử nặng hơn nữa – dẫu cho phản ứng này tiêu thụ một phần năng lượng khi ngôi sao tan rã. Đây không phải là phản ứng hợp hạch bền vững như phản ứng mà tạo năng lượng cho ngôi sao hàng triệu năm qua. Đây là một xung tạm thời của phản ứng tổng hợp năng lượng cao tạo ra bởi quán tính của vật chất sao đang không hoạt động. Trong khoảnh khắc, xung đó sẽ hết. Phần lớn các nguyên tử nhẹ hơn còn lại không được sử dụng hết trước khi sụp đổ tất cả cùng một lúc, giải phóng đủ năng lượng để thổi bay ngôi sao. Kết quả là một siêu tân tinh sinh ra, và nó phóng ra một số thứ từng là ngôi sao quay trở lại không gian, nơi chúng được tái chế thành những ngôi sao mới và hệ mặt trời được làm giàu bằng các nguyên tố nặng hơn.
Các nguyên tố nặng hơn sắt cũng được tạo ra bởi các sự kiện vũ trụ năng lượng cao khác, đáng chú ý là hypernova và sự va chạm của các sao neutron.
——————————–
Link: https://qr.ae/pNsXI0
——————————–
Dịch bởi Minh Thư.
