恒星核合成是周期表上大多数元素产生的过程。 核合成意味着从较轻元素的核子(质子和中子)合成新的元素。 宇宙开始时大爆炸的结果是宇宙构成中大约80%的氢气和20%的氦气。 这个过程被称为大爆炸核合成,或偶尔称为原始核合成,它大约需要三分钟。 其他类型的核合成包括恒星核合成,它发生在数十亿年的恒星,以及超新星核合成,它发生在几秒钟内。
这些气体凝聚成恒星,使原子核融合,产生大量的光和热,并在此过程中产生更重的元素。 在质量约为太阳或更小的恒星中,主要通过质子-质子链反应产生能量。 质子-质子链反应发生在温度为10至30兆开尔文之间,压力在质量为太阳或更小的恒星中心发现。 在反应中,氢原子融合成氘,然后融合成氦-3。 然后原子遵循三种可能路径之一产生氦,反应结束。 该反应可能长达 109年,这解释了为什么我们太阳仍在周围。
质子-质子链是氢燃烧的一种类型,是恒星氢转化为氦的核合成过程。 另一个氢燃烧过程,在比太阳质量更大的恒星中很重要,是CNO(碳-氮-氧)循环。 CNO循环使用碳、氮和氧作为催化剂,使恒星将四个质子融合为一个氦核。 碳最初形成后,被转化为氮,然后又是碳,又是氮,然后是氧,然后是氮,然后又变成碳,这样循环下去。
最终,恒星中的大部分氢被消耗掉了,氦的燃烧开始了。 这是通过阿尔法过程或三重阿尔法过程发生的。 如果恒星的质量足够大,它将通过碳燃烧过程、氖燃烧过程、氧燃烧过程和硅燃烧过程不断融合越来越重的元素,直到它建立起一个重达1.44个太阳质量的铁核心。 然后,由于铁的融合所消耗的能量比它产生的多,恒星失去了支持其自身重量的能力而坍塌,有时灾难性地成为一颗超新星,这种爆炸可能需要几天到几个月。 其残余物是一颗中子星或一个黑洞。
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