宇宙中的元素来自恒星

宇宙的故事就是我们所有人的故事，我们都拥有和分享着同样的宇宙历史。从138亿年前，一个炽热、稠密的状态，即所谓的热大爆炸，经过数十亿年的宇宙演化，形成了我们今天所看到的宇宙。我们都知道宇宙中充满了各种丰富的元素，而且现在也知道了星云中存在有机分子，那么这些有机分子是如何形成的？这对宇宙生命的起源至关重要。

大爆炸下的核合成

早期的宇宙充满了物质、反物质和辐射，但是在物质和反物质之间存在一种不对称性。在宇宙膨胀到一定温度下，反物质会与绝大多数物质一起湮灭，最后只留下极少数不对称的物质（不到十亿分之一）依然沐浴在宇宙辐射的海洋中。

其实上段话里有个宇宙谜题，那就是物质和反物质为何会不对称？这个问题目前也有一些可能的理论解释，大家可以通过头条APP搜索「宇宙中正物质为何多余反物质？」，看一下第一条内容！

随着宇宙的膨胀，光子密度的稀释和波长被膨胀的空间拉长，辐射温度会不断下降。在某一时刻，两种物质粒子质子和中子就可以融合在一起，而不会被辐射粒子（主要是光子）炸开。这样宇宙就诞生了第一批原子核，也是宇宙最初的核聚变。

宇宙初期的核聚变反应提供了我们现在所拥有的一切物质来源，但是宇宙在持续膨胀，这也意味着这时的宇宙很难拥有足够的密度或能量创造出更重的元素。在大爆炸后的最初几分钟，宇宙可以创造出大量的氦，以及少量的锂和铍，但仅此而已。

从比例上看，宇宙早期的核融合为我们带来了92%的氢，8%的氦，其他所有元素的总和不足0.0000001%。如果我们想要拥有生命所必需的元素碳、氮、氧、磷等等，我们就必须超越宇宙的早期阶段，快进到恒星的形成时期！

宇宙恒星时代的核聚变

原始气体云坍缩形成恒星的质量越大，核聚变融合出来的元素就越重。而且恒星质量越大，消耗燃料的速度就越快！像太阳这样的恒星会将氦聚变成碳、氮和氧，而像天狼星（天空中最亮的星星）这样的大质量恒星会将这些元素进一步聚变成硅、硫，一直到铁、镍和钴。

当类太阳恒星耗尽其核心燃料时，在死亡的最后阶段，会将自身很大一部分质量抛洒到行星状星云中，这也包括其一生中创造的所有比氦重的元素。

但是其他更重的元素绝大多数都来自于大质量恒星死亡时，产生的核坍缩型超新星爆发，也称为Ⅱ型超新星爆发！当一颗质量超过太阳8到10倍的恒星，在几百万年的时间里燃烧完所有的核燃料，其核心会坍缩成中子星或黑洞，并且在超新星爆发中会摧毁恒星的其他部分。元素周期表中前28种元素中的大部分都来自Ⅱ型超新星，这些元素在星际介质中可以形成下一代行星或者恒星。

但是在Ⅱ型超新星爆发的过程中会出现出大量的自由中子，这些自由中子会创造出更重的原子核，一路直达元素周期表中的钚，甚至可能还会出现更重的元素！至此宇宙就为我们创造出了元素周期表中的所有元素。

这些元素将在下一代的恒星、行星和宇宙中继续存在。但是从原子核到我们今天所知的充满生命的世界还有很长一段距离。下面我们就要说到一些天体化学的基础知识，或者这些恒星创造出来的元素是怎样结合在一起形成宇宙中的分子的。

我们在宇宙中发现了哪些分子，这些分子如何形成的

从许多代的恒星中，宇宙产生了大量的元素，人类也花了很长的时间把这些元素组织成了元素周期表。这些元素在你我身上都能找到，而在太空中，这些原子并不是简单地漂浮着什么都不做。它们会相互作用，形成各种我们熟悉的外来分子。下面让我们来看看到目前为止我们在地球之外发现了哪些化学物质？

天体化学家到底在找什么？其实与环状星云等行星状星云中特定元素的光吸收和发射特性类似，分子也能吸收能量，发射分子特有频率的光。

一个分子吸收或发射光的波长取决于分子中的原子在吸收或发射光之前和之后的行为。分子中的原子可以以各种方式相互振动，或者整个分子可以作为一个整体开始或停止旋转。

研究原子和分子吸收和发射的能量现在是一门被称为光谱学的独立科学领域。科学家们已经能够通过光谱来检测外太空分子发出的红外和毫米波长的光，从而发现宇宙中形成的分子特性（有时甚至能知道其浓度）。

科学家目前已经建立了非常强大的望远镜，如赫歇尔空间天文台，斯皮策太空望远镜和地面上的阿塔卡玛大型毫米波/亚毫米波阵列（ALMA）望远镜，来研究离我们较近宇宙中的天体化学成分。

那么到目前为止，科学家们在浩瀚的太空中发现了什么呢？下面是一些已经被确认的分子，而且在地球上也很常见。

那么让我们来看看当一颗恒星死亡时所产生的元素会发生什么变化，然后这些元素又会被循环利用，形成一颗新的恒星或行星！下图为：恒星IRC +10216。

这颗恒星的质量曾经是太阳的3到5倍，目前这颗恒星正处于变成白矮星的后期阶段，并且正在把最外层物质吹到星际空间中。科学家在研究这颗恒星时注意到其周围有大量的化学物质，甚至能够绘制出其中一些化学物质的位置。

科学家已经绘制了数百光年外IRC +10216恒星的分子组成。这张地图也使科学家们能更加详细的洞察这颗恒星在其衰亡时刻的演化过程。

在恒星核心附近我们观察到了NaCl，和我们厨房里的盐一样，由于温度非常高NaCl处于气态。还有MgNC是另一种类似NaCl的金属盐。其他分子如HC5N和C4H也被观察到了。

当这颗恒星最终成为白矮星时，白矮星发出的紫外线通常会导致许多以前形成的气体分子分解，但科学家观察到，一些分子在高辐射的环境下仍然能够结合在一起。

这就是天体化学的味道！我们的宇宙充满了奇妙的恒星，它们融合了大爆炸期间产生的氢和氦并形成重元素，在超新星和行星状星云中形成有机分子，最后将这一切再循环为下一代恒星、行星，甚至是你和我。现在当你仰望夜空的时候，你应该记住，宇宙中除了有丰富的元素以外，还有很多有机分子，这些都是构成生命的基础。