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關於太陽的起源

2024-06-29科學

一直以來,很多人都有這樣的疑問:既然我們的太陽是超新星爆發產生的,那麽這個超新星的核心殘骸或者說爆發後殘留的星體去哪了呢?在我們的太陽系中為什麽找不到呢?

要想了解超新星爆發,咱們先底說說最著名的超新星爆發遺跡-蟹狀星雲。在公元1054年7月4日清晨,宋朝的天文官員突然間發現東方天關的位置出現了一顆星,白色中間帶著一點微紅。這顆星一直亮了23天,然後開始變暗。但是在之後一年零10個月的時間裏,人們依然可以在晚上觀測到它,因為這是神奇的天文現象,就被記載到【宋會要稿】這部官方著作裏。

蟹狀星雲離太陽系的距離為6500光年,說明產生蟹狀星雲的超新星是在大約7400年前爆發的。光經過了6500年於北宋年間到達了地球,這種時空尺度在整個宇宙中就非常小了。所以,從某種意義上可以說,蟹狀星雲是我們的鄰居,因為蟹狀星雲距離近,所以人類對它的觀測非常多。

在NASA提供的一張照片裏,我們可以很清楚地看到位於星雲正中的鐘中子星。這顆中子星正是超新星爆炸後留下的殘骸。他的直徑只有30公裏,相當於北京市三環路的直徑,但是重量卻達到了驚人的1.4-2倍的太陽質素。每隔33毫秒,它就發射一次輻射脈沖,能量的釋放速率相當於太陽的10萬倍。

2005年哈伯空間望遠鏡連續拍攝了11張蟹狀星雲的圖片,可以很直觀地看到中子星發出的赤道風,猛烈地沖擊著星雲的絲狀結構,就像蕩出一陣陣的漣漪。這張照片的空間尺度橫跨了六個光年的距離,在這麽巨大的範圍內,星辰物質被一顆直徑只有北京三環大小的星球吹成了這個樣子。這顆中子星擁有著恐怖的巨大能量。

如果我們的太陽系產生於一次超新星的爆發,那麽殘留的中子星在哪裏呢?可以肯定,中子星一定不在太陽系裏。如果太陽系裏隱藏著一顆中子星,那立馬就會變成人間地獄,在這麽強大的輻射下,根本不可能產生生命。要想尋找那顆失蹤的中子星,我們就先要回答為什麽科學家認為太陽產生於超新星的爆發呢?

有一個非常重要的判斷標準:只有超新星爆發才能產生重元素。重元素並非宇宙初始時就存在。在宇宙大爆炸之後的一段時間裏,空間中只有兩種元素:氫和氦。

宇宙中第一批恒星的能量完全來自氫聚變成氦。隨著恒星中的氦逐漸耗盡,恒星開始塌縮。溫度和壓力進一步升高,碳、氧聚變生成矽。當聚變到排列第26位的鐵元素形成時,恒星將遭受致命的破壞,因為鐵元素的結構非常穩定。它在聚變時不釋放能量。膨脹的恒星將因核心失去支撐而坍塌,形成超新星爆炸。此時鐵元素在極高的溫度和壓力下,與自由中子、自由電子、質子和其他原子核發生核反應,產生出92號元素鈾之前的所有重元素。並隨著超新星爆發將這些元素擴散到宇宙空間,這就是宇宙中重元素的來源。

我們的太陽系屬於一個金屬豐度較高的恒星系。科學家認為太陽系很可能經歷過多次超新星爆發。而且還可能不止一次,也許我們的太陽是第三代超新星爆發的產物。因為恒星越大,壽命就越短。質素相差3倍,壽命就差750倍,太陽的壽命是100億年,而質素比太陽大三倍的恒星壽命只剩下1300萬年左右。

讓我們設想一下:第一代恒星可能體積很大,但壽命非常短,只有1000多萬年。它爆炸後的物質形成了第二代恒星,這些恒星雖然小一些,但比太陽大得多。經過幾十億年後,它們也死亡了,形成了今天的太陽。

但是並非所有恒星在死亡後都會產生中子星。根據印裔美國天文學家錢德拉賽塔的推論,恒星的死亡可以分為三種狀態:

當恒星核心質素小於太陽的1.44倍時,恒星演化為白矮星。白矮星是一種低光度、高密度、高溫度的天體,表面溫度約為8000K,壽命可達數十億年甚至上千億年。最終,白矮星會變成完全冷卻的不發光的星體。

核心質素大於1.44倍但小於三倍太陽質素的恒星在超新星爆發後會形成中子星,類似於我們的鄰居蟹狀星雲。

核心質素超過三倍太陽質素的恒星在超新星爆發後會形成黑洞。

最後,附上一張哈伯太空望遠鏡拍攝的鷹星雲內星際氣體和塵埃的影像,被評定為哈伯太空被評定為哈伯太空望遠鏡已經拍攝的最壯觀的前十張影片之一。

回到我們的太陽系。大約在距今45.7億年前,因為分子雲中一小塊重力塌縮引發了奇特的反應,隨著星雲濃縮其中的原子相互碰撞的頻率增高,動能逐漸轉化為熱能。經過約10萬年的時間,在重力、氣體壓力、磁場力和轉動慣性的相互競爭下,收縮的星雲扁平化形成了一個直徑約200個天文單位的原行形盤,並在中間形成了一個熱致密的原恒星,那就是我們的太陽。

太陽系中的諸多天體都是太陽星雲的產物,物質在行星盤上不斷相撞襲擊,最終形成了行星。在太陽形成的300萬到1000萬年之間,年輕的太陽的太陽風吹散了原星盤內剩下的氣體和塵埃,將它們吹向星際空間,從而結束了行星的生長。

原始超新星爆發後的中子星或黑洞去了哪裏呢?他不是應該像蟹狀星雲中的中子星一樣留在星雲的中間。然而,這種誤解主要是因為沒有考慮時間的變化。在恒星這樣大的天體尺度上,必須給予足夠的時間進行演變的推算。從地球的時間角度來看,蟹狀星雲自爆發到今天還不到1000年的時間。然而,蟹狀星雲極其巨大,直徑接近11個光年,比創生支柱的5光年要大上一倍還多。因此,不是中子星留在了星雲的中間,而是它還沒有來得及離開蟹狀星雲。

以我們的太陽為例,它以每秒250公裏的速度繞著銀心運轉。超新星爆炸的10萬年後,也就是星雲剛剛開始孕育原始太陽的時候,這團星雲已經離開爆炸地點83光年之遠了。現在的太陽已經46億歲,圍繞著銀心旋轉了20圈。至於那顆與太陽同宗同門的中子星,早就不知道跑到哪裏去了。或許將來有一天,科技大發展,人類最終能夠找到那顆星球。