恒星核聚變不止進行到鐵就停止了，而是到鎳-62！科普界普遍引用的恒星核聚變到鐵為止是一種誤解。我們先來說說這個核合成終點的問題。

另外我假設(shè)題主可能是想知道恒星核聚變“為什么……到鐵元素就停止……”，實際上超新星爆照末期的聚變可以一直持續(xù)到錒系的釷、鈾和钚。

我們先來看看化學元素周期表

上圖：鎳的原子序數(shù)是28，位于鐵后面，中間還隔了一個鈷（原子序數(shù)為奇數(shù)的元素通常沒有為偶數(shù)的穩(wěn)定）。

（該查表的時候就要查查表）

鎳-62才是終點！

鎳-62是鎳的同位素，具有28個質(zhì)子和34個中子。它是鎳的一種穩(wěn)定的同位素，具有任何已知核素中核子平均最高的結(jié)合能，高達8.7945兆電子伏。人們常說Fe-56是“最穩(wěn)定的原子核”，但僅僅因為Fe-56具有所有核素中每個核子最低質(zhì)量（但不是核子平均結(jié)合能）。

但Fe-56平均每個核子的質(zhì)量最低是因為Fe-56具有26/56 = 46.43％的質(zhì)子，而62Ni僅具有28/62 = 45.16％的質(zhì)子，而Fe-56中較多的且質(zhì)量較輕的質(zhì)子拉低了其核子平均質(zhì)量。這就是為什么有相當多的科普文誤以為鐵-56是恒星核合成的終點。但實際上結(jié)合能最低的鎳-62才是終點！

上圖：核子結(jié)合能曲線，Ni-62才是最高的，接著是Fe-58，然后才是Fe-56。這三種元素被稱為“鐵組同位素”，是宇宙中結(jié)合最強的三種核子。

為什么恒星核聚變合成只進行到鎳-62？

之所以恒星核聚變只能進行到鎳-62，那是因為在鎳-62和鐵-56之前（我們通常會把兩者并提，因為這兩者之間的鈷-56產(chǎn)物非常不穩(wěn)定）的元素通過核合成形成時會釋放出凈能量，但越過了鎳62之后的核合成雖然可以進行但實際上是吸收能量的，在恒星內(nèi)部高溫下，這些核素實際上無法真正穩(wěn)定形成（從某種意義上受到熱力學第二定律限制）。

結(jié)合能（也稱為分離能）是將顆粒系統(tǒng)拆分成獨立的顆粒所需的最小能量。這種能量等于使系統(tǒng)粒子束縛起來時吸收的能量或增加的質(zhì)量。結(jié)合能是將系統(tǒng)保持在一起的原因。如果提供的能量大于結(jié)合能，則系統(tǒng)將分解為分離的部分且這些部分具有非零的動能。

鎳同位素的高結(jié)合能通常使鎳成為整個宇宙中許多核反應（包括中子俘獲反應）的“最終產(chǎn)物”，這也解釋了鎳在宇宙中相對較高的豐度。雖然宇宙中大部分鎳是通過超新星爆炸產(chǎn)生的鎳-58（最常見的同位素）和鎳-60（第二大），其他穩(wěn)定同位素（鎳-61，鎳-62和鎳-64）非常罕見。這表明大多數(shù)鎳是在超新星核心蹋縮后立即從鎳-56捕獲中子的過程中產(chǎn)生的，逸出超新星爆炸的鎳-56會迅速衰變?yōu)殁?56然后再衰變?yōu)榉€(wěn)定的鐵-56。結(jié)合能排名第二和第三的是Fe-58和Fe-56，其每個核子的結(jié)合能分別為8.7922 MeV和8.7903 MeV。

上圖：純鎳單體

被誤解的“鐵”

對鐵-56更高核結(jié)合能的誤解可能源于天體物理學。在恒星的核合成過程的光蛻變和α捕獲之間的競爭導致產(chǎn)生的鎳-56比鎳-62更多，而鎳-56則在后來恒星外殼噴射過程中衰變?yōu)殍F-56。這就是為什么最后恒星當中的鐵比鎳多的原因了(都怪光蛻變)。

光蛻變（也稱為光轉(zhuǎn)換）是一種核過程，原子核吸收高能伽馬射線進入激發(fā)態(tài)，并通過發(fā)射亞原子粒子而衰變。入射的伽馬射線能夠有效地將一個或多個中子、質(zhì)子或α粒子從核中撞出。對于比鐵重的原子核，光致蛻變是吸熱的（吸收能量），少量會放熱（能量釋放）。光蛻變是超新星當中通過p-過程產(chǎn)生某些富質(zhì)子重元素的原因。

上圖：光蛻變原理示意圖

鎳-56是超新星生命結(jié)束時硅燃燒的天然終端產(chǎn)物，是以14次α捕獲（4x14=56）并自碳開始構(gòu)建更多重元素的階梯聚合反應的產(chǎn)物。超新星燃燒中的α過程自此結(jié)束，后面再通過α捕獲而產(chǎn)生的鋅-60所需能量高得多，這形成了一種能量壁壘，防止了恒星核合成中α階梯的延伸。而鎳之后的重元素則都是在超新星爆炸后的最后一秒中形成的。

α過程，也稱為α階梯，是兩類核聚變反應中的一種，通過這種反應，恒星將氦轉(zhuǎn)化為較重的元素，另一類是三重α過程。三重α過程僅消耗氦，并產(chǎn)生碳。
在積累了足夠的碳后，將發(fā)生下述系列反應，所有反應都只消耗氦和前一反應的產(chǎn)物。

上圖：11個α過程在恒星內(nèi)次第展開，像是梯子一般。

未來這種誤解會越來越深，因為最后的宇宙沒有“鎳”

然而，28個鎳-62原子還可在恒星核合成之后的過程中聚合成31個鐵-56原子，釋放出0.011u的能量;因此，在假設(shè)通過Adler-Bell-Jackiw反常的質(zhì)子衰變足夠緩慢的前提下，沒有質(zhì)子衰變的宇宙，未來將會只有“鐵星”而不會有“鎳星”。

在天文學中，鐵星是一種假想類型的致密星體，可能在極遠的未來，發(fā)生在大約在10的1500次方年后的宇宙中。
量子隧穿導致的冷聚變會使普通物質(zhì)中的輕核聚合成鐵-56核。而重核則通過裂變和α粒子輻射使重核衰變成鐵，最后恒星完全轉(zhuǎn)化為一顆顆的冷球鐵。(⊙o⊙)——但這只有在質(zhì)子不衰變的前提下才有可能發(fā)生。

總結(jié)

所以，恒星核聚變，而不是所有的核聚變（超新星爆炸最后一秒的核聚變是特例）最高到鎳才停止，但因為鎳會因為光蛻變變成鐵，所以最后就剩下了更多的鐵，甚至最后宇宙就只有鐵球（鐵球宇宙？）。結(jié)合能在“鐵組同位素”達到巔峰，這是造成恒信核聚變在此處結(jié)束的本質(zhì)原因。