大质量恒星的铁心灾变
超过 10 倍于太阳质量的大质量恒星演化得极快。只要几百万年，氢就消耗完了。其后是氦燃烧成为碳，不久碳原子又转化为更重的原子核。所有这些核反应都放出能量，但是这些过程的产能程度一个不如一个。它们必须一个比一个更快地推进，以维持恒星的辐射功率不减。愈来愈复杂的原子核接踵而生，难道这种过程就没有个尽头吗？
自然界在元素铁处设置了一种极限。我们已经知道，核反应的参与元素愈重，产能愈少。恒星中的核反应堆到铁原子核就停产了。对于铁原子
① 说到在近处出现一次超新星，恐怕我们要有所戒备才行。纽约哥伦比亚大学的梅尔文·A·鲁德曼
（MelvinA·Ruderman）曾估计说，在大约 30 光年以内发生超新星爆发会造成致命的后果。由这种爆发射来
的高能粒子流将破坏地球大气的臭氧屏障，太阳的紫外辐射将不受阻挡地闯到地球表面，迟早会毁灭地球
上的生命。
② 1987 年 2 月 24 日，人们在大麦哲伦云中发现了一颗超新星。虽然它并不处在银河系内，可是它与我们的距离只有哈特维希 1885 年在仙女座星系中所发现超新星的大约 1/10。这一次，人们似乎可能在以前的照相底片上辨认出它在爆发前留下的踪影。由此而来，超新星研究也许就会在近几年内面目一新。
核，如果人们用恒星中存在的别的原子核去加以熔炼，非但不会产生能量，相反地还要为此耗费能量。即使要把它打碎，人们也必须给它输送能量。
这是由于原子核的一种特性所致。重核，例如铀原子核是在裂变时产能，反应所得原子核的重量更接近于较轻元素铁原子核的重量；轻核则是在聚变时产能，即所生新核的重量更接近于铁原子核的重量。唯独由铁本身来提取核能是不行的。
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当大质量恒星中元素聚变的过程进行到中心区成为气态铁组成的一个球体时，将会发生什么变化呢（参见图 11-1 左方）？铁原子核会捕获气体中来回飞驰的电子，铁球就收缩。这是因为其中重力与气体压力本来相互平衡，电子是形成气体压力的主因。当电子被捕消失在原子核中时，重力对比气体压力就占上风，直到恒星中心区的气态铁球终于崩陷坍缩。人们推测，认为铁球中的物质积聚到约为太阳质量的 1．5 倍时就开始了这种演变，它一直持续下去，直到在极高密度条件下各种基本粒子充分挤压，终于使所有的质子和电子都合并成了中子，于是只剩下了中子物质：恒星内部的高密气态铁球变成了中子星。这种事件所释放的惊人能量可能把该星的外壳物质以巨大的速度抛向空间。恒星爆炸了，烟云向各方飞散，当中留下一颗中子星。这颗星以一次超新星爆发结束了它的一生。
在一些地方，像美国芝加哥和利弗莫尔（加利福尼亚州）以及慕尼黑，人们试图用计算机探明这种事件。这种计算尽管比那种恒星正常缓变演化阶段的计算要难得多，却是特别吸引人，因为人们推测，存在于自然界的许多化学元素会在这种爆炸时所发生的核反应中形成。很可能比氦更重的所有元素都是从前某些时候，不是在恒星平静聚变时期，就是在超新星爆发的短促瞬间产生出来的。
上面所讲的推理只适用于大质量恒星。小于太阳质量 10 倍的恒星在聚变过程中决不会达到铁核心的阶段，它们在此以前就陷入困境，这可能使它们也得经历超新星爆发。这种演变的原因就在于它们内部会形成白矮星（第 7 章讲过），而白矮星具有一种与平衡相关的十分奇特的性能。
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