如果太陽系是超新星爆炸後形成的,為什麼附近沒有中子星或黑洞?

2020-12-07 騰訊網

我們的太陽系誕生於45億年前的一團原始星雲，從太陽光譜中的吸收線來看，太陽是一個富含金屬的恆星，和地球上所存在的元素類型基本相同，不同的是元素的比例，在太陽中氫和氦的比例分別佔到了71%和27%，剩下的小部分就是元素周期表中的其他元素，所以說我們的太陽並不是宇宙中的第一代恆星，很有可能是第二代或者是第三代恆星。

換句話說，我們的太陽系要想擁有這麼豐富的重元素，就必須誕生在被上一代恆星死亡「汙染」後的星雲中！你可能會想，組成太陽的大部分都是氫和氦，為何會說太陽是一顆富含金屬的恆星呢？

是這樣的，在宇宙學中，天文學家會把所有比氫和氦重的元素統稱為金屬，而在宇宙早期的大爆炸核合成期間，宇宙只形成了氫和氦兩種元素，所以宇宙中的第一批恆星是不會富含任何金屬的，因此我們認為太陽的前身是一顆更大、不含任何金屬的藍色巨星。

那麼問題就如題所說，既然太陽系誕生於上一代恆星死亡後所形成的氣體雲，而且大質量恆星在死亡後核心一般都會留下中子星或者黑洞，那麼為什麼我們沒有在目前太陽系所處的位置附近發現原恆星留下的殘骸呢？

宇宙中常見的Ⅱ型超新星和Ⅰa型超新星

超新星的爆發代表著一顆恆星生命的終結，當恆星在生命末期耗盡核心燃料時，核心核聚變就會停止，這樣就會導致核心在引力的作用下發生劇烈的塌縮，短時間內釋放出巨大的引力勢能。能量的集中短時間釋放，就會將恆星除過核心以外的外殼炸毀，形成壯觀的Ⅱ型超新星爆發。

一顆質量是太陽質量8倍-10倍以上的恆星，在死亡以後，其核心就會坍縮稱為一顆中子星或者黑洞，這取決於恆星核心在死亡時的質量，當質量在3倍太陽質量的時候，中子簡併壓就難以抵抗引力的壓縮，一路坍縮形成黑洞。當核心質量小於3倍太陽質量的之後，就會形成一顆中子星，目前我們認為中子星的質量上限為2.16倍的太陽質量，我們在宇宙中觀察到的中子星質量大部分在1.4倍太陽質量。

除了Ⅱ型超新星，在宇宙中還會爆發Ⅰa型超新星，這種超新星的爆發是由低質量恆星死亡後留下的白矮星形成的。

白矮星要想變成超新星必須處在一個雙星系統中，它要麼是因為吸積了伴星大量的物質，導致質量急劇增加，當達到太陽質量1.44倍的時候，就會引發核心的碳爆轟，也就是重新發生核聚變，由於核聚變進行得十分劇烈，大量的能量劇烈釋放會導致白矮星被炸毀，形成Ⅰa型超新星。

要麼就是兩顆白矮星的軌道發生衰變，最終碰撞在一起發生合併，導致兩顆白矮星被同時摧毀，發生Ⅰa型超新星爆發。

如果太陽系的形成來自於以上類型的超新星爆發，那麼就有可能在太陽系的附近存在恆星殘骸，而且這些恆星殘骸也會有可觀測的效應。但是在宇宙中還存在另外一種類型的超新星，這種超新星爆發後不會留下任何東西。

不穩定對超新星

不穩定對超新星這種類型的爆發通常會發生於金屬含量低、且質量非常大的恆星中，而宇宙的第一批恆星就滿足這樣的條件。

在恆星的一生中核聚變產生的輻射壓力會對抗恆星的質量所帶來的引力收縮，這兩個力基本處在一個平衡的狀態，互相拉扯，導致恆星有一個相對穩定的核聚變速度，不至於讓恆星因為聚變過於猛烈發生爆發，也不至於因為引力而發生收縮。

但是在低金屬含量的大質量恆星中，質量一般介於130至250太陽質量之間，這樣的恆星核心會釋放出巨大的能量，導致兩個光子相互碰撞轉變為電子和正電子對，然後正負電子對又會在短時間內湮滅釋放出伽馬射線，由於光子的釋放增加了一個額外的過程，這樣就會導致核心的輻射壓力降低，那麼整個恆星就會在引力的作用下緩慢的收縮升溫，這樣又加劇了核心的反應速率，當核心達到一定的溫度，劇烈的反應就會導致壯觀的超新星爆發，不過這種超新星的出現並不是因為核心耗盡了燃料，而是因為反應太過劇烈，所以核心連同恆星的外殼也會一併被炸毀，這就是不穩定對超新星。

這樣的恆星死亡後什麼也不會留下，只會產生形成下一代恆星的、富含金屬的氣體雲。

如果我們的太陽系是由這樣的恆星死亡後形成的，就不存在遺留下的恆星殘骸，不過我們無法確定太陽到底是由哪種超新星爆發形成的。但是在太陽系附近找不到恆星殘骸也屬於正常現象。下面就是最後一個原因。

太陽逃離了原星團

如果我們假設太陽系誕生時的重元素來自於Ⅱ型超新星，那麼在太陽誕生之初的附近肯定存在中子星或者黑洞，那麼它們現在去哪裡了？

這裡需要澄清的一個概念時，恆星的形成一般都發生在尺度非常大的氣體雲中，而不是一團氣體雲只形成一顆恆星！相反，恆星一般會成群的形成與活躍的氣體雲團中，組成球狀星團，星團有大有小，一般包含十幾顆到幾十萬顆恆星，我們的太陽也曾經誕生在一個恆星的集合中。

但是星團是一個不穩定的結構，會在漫長的歲月中在引力的作用下收縮，其中的恆星會因為引力的攝動被彈射出去，發生逃逸。

也就是說，星團是恆星誕生的地方，但不是恆星長久生存的地方，一個典型的星團包含的恆星數量會越來越少，所以我們將星團稱為恆星的託兒所！隨著時間的推移，恆星本身就會離開曾經出生的地方。

目前的太陽已經存在了45億年，已經步入中年，我們已經無法找到它曾經誕生的地方！

相關焦點

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  • 太陽系附近存在黑洞嗎?距離我們最近的黑洞有多遠?
    在恆星演化進入穩定狀態之後，恆星或其他天體在相對位置都比較固定，因此太陽系附近產生黑洞的可能性只會來源於晚期的大質量恆星的引力坍縮，而我們太陽系周圍百光年內都沒有這樣的恆星。當然如果說是最近的比較有威脅的倒是有一顆，它就是處於獵戶座的紅超巨星——「參宿四」，距離地球約640光年。據觀測「參宿四」這些年體積不斷縮小，質量急劇下降，這是紅超巨星重力崩潰的典型徵兆。「參宿四」隨時都可能發生超新星爆炸，最早可能在數千年之內成為有史以來我們可以觀測到的最亮的一顆超新星，它形成中子星或黑洞的概率相等。
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  • 藏文科普 | 夜空中最亮的星——超新星
    根據光譜分析，天文學家發現超新星光譜中的吸收線有一些普遍特徵，故可以給超新星分類。簡單來說，第一級分類就是看譜線中是否存在氫元素（H）的吸收線。如果沒有氫，那就歸為Ⅰ型超新星；如果存在氫，那就是Ⅱ型超新星。另外，觀測還發現存在超亮型超新星和奇異型超新星。
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    誕生太陽的那團星雲直徑估計為3光年，經過引力坍縮形成了直徑為數千天文單位的密度核心，之後再進一步坍縮成太陽、行星以及各種其他天體。原始太陽星雲中包含了如今太陽系中的各種元素，其中最主要的是氫和氦。氫和氦都是來自於宇宙大爆炸之後不久的原初核合成過程，其他元素則是來自於大質量恆星。
  • 孕育太陽系的那次中子星碰撞到底發生在多久以前
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  • 太陽系附近的超新星爆炸,地球是否會無法倖存?
    如果宇宙空間最初很小，這意味著早期宇宙的溫度很高，所以目前宇宙中應該還有當時的熱殘留。果然不久後，天文學家發現了宇宙微波背景輻射，這成為了宇宙大爆炸理論的一個十分有力的證據。需要注意的是，宇宙大爆炸並不是直接產生了星系、恆星和行星等天體，而是先合成出了氫和氦（比例與理論預言一致），然後隨著宇宙膨脹，溫度降低至一定程度，氫和氦才聚集形成了宇宙中的各種天體。
  • 如果中子星碰撞變黑洞,地球讓黑洞吃了,人類會進入另一個空間?
    實際上，從恆星演化末期滅亡的最終走向之一來說，中子星和黑洞的形成過程具有很高的相似度，因為，兩者都會按部就班的經歷收縮、塌陷和爆炸這三個主要階段。至於恆星死亡後形成的是中子星、還是黑洞，則主要取決於恆星自身的質量。
  • 中子星都是中子構成的麼?有沒有什麼依據呢?
    本文參加百家號科學#了不起的天文航天#系列徵文中子星的構成中子星之所以叫做中子星，原因就是中子星基本上是由中子構成的。中子星大致可以分為三層，核心部位壓力巨大，是由超子構成的。於是，大量的中子和質子就會被釋放出來，自由的電子和質子相遇會後，就會發生反應，生成中子和中微子。因此，整個過程是需要消耗大量能量。
  • 太陽是超新星大爆炸之子,其母恆星遺骸在何處,能認祖歸宗嗎?
    雖然從太陽系所含的元素成分可以證明其誕生於超新星大爆發後的星雲，但是第一次超新星大爆發的星雲，還是第二次或者若干次大爆發後的星雲，迄今並無定論，我們可以不去管它。有一點可以確定，太陽的老爹或者老媽的遺體絕不是白矮星，而是中子星或者黑洞。天體物理學認為，30倍左右太陽質量以下的恆星，大爆發留下的一般是一顆中子星。
  • 太陽是超新星大爆炸之子，其母恆星遺骸在何處，能認祖歸宗嗎？
    現在科學家們通過光譜分析可以測量出遙遠天體元素組成，迄今並沒有發現地球上沒有的元素，這就是可以說，地球上發現的118種元素迄今還是宇宙中全部元素。既然太陽系中有宇宙全部元素，因此可以認為，太陽系誕生於超新星大爆發後的再生星雲無可置疑。
  • 中子星為什麼會叫做「中子」星呢?
    於是，大量的中子和質子就會被釋放出來，自由的電子和質子相遇會後，就會發生反應，生成中子和中微子。因此，整個過程是需要消耗大量能量。緊接著在引力的作用之下，恆星開始快速坍縮，核心會只留下一個中子星，也可能會是黑洞，然後引發II型超新星爆炸。
  • 研究揭示了黑洞和中子星碰撞的後果!
    到目前為止，科學家們已經見證了黑洞與其他黑洞的合併以及中子星與其他中子星的合併。而現在天文學家們現在正等待著黑洞與中子星合併的第一次探測——這樣的碰撞可能會產生關於恆星演化和愛因斯坦廣義相對論的見證，這是迄今為止對引力如何運作的最佳觀測場景。