科學研究表明,白矮星是生命存在的必要基礎

2021-01-16 萬象經驗

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幾乎所有關於生命的討論都是基於碳的,每當科學家找到一顆系外行星,都要通過光譜分析它有沒有碳元素,並根據液態水是否存在來推測生命的可能性。我們無法得知其它生命形式是怎樣的,但根據我們在地球上的經驗,生命需要極其複雜的化學物質,而大量的碳是唯一的選擇。

我們身體的五分之一都是由碳組成的,但是你知道嗎,這些碳基本上都來自於白矮星。也就是說,白矮星是生命存在的必要基礎。

在恆星的核心中,它們發生了核聚變,產生了比氫還重的元素,而這些是構成行星、海洋和人類的必要成分。追蹤銀河系中個別元素的起源一直是一個挑戰,但一項對白矮星的新分析顯示,它們可能是碳元素的來源。

一顆普通的恆星,無論其大小,一開始大約有75%的氫、25%的氦。在恆星的主序期間,它會愉快地攪動氫,將其聚變為氦,釋放出數十億年所需的能量。但最終,核心中的氫耗盡,迫使恆星轉向氦聚變,以維持抵抗引力的壓力。一旦氦元素也開始耗盡,恆星要麼停止生存,要麼繼續聚變更重的元素。

對於像太陽這樣大小的恆星,氦聚變後的產物是碳和氧,它們會在核心不斷積累。在恆星生命的最後階段,它們的外層也會一直向外碰撞,然後爆炸成行星狀星雲。最後,碳和氧的核心被留下來了,形成了天文學家所說的白矮星。

最近,一組天文學家利用凱克天文臺調查了散布在銀河系周圍的開放星團內的白矮星內的白矮星,他們的研究結果發表在《自然天文學》雜誌上。利用這些死去的白矮星樣本,天文學家重建了原始恆星的數量統計。

總的來說,研究結果和預期的一樣:小的母恆星最終形成較小的白矮星,較大的母恆星留下較大的白矮星。但是這種關係有一個奇怪的特徵,質量在太陽1.65到2.1倍之間的恆星並不完全符合這種趨勢。

對於質量在太陽1.8到1.9倍之間的恆星來說,這種與總趨勢的偏移尤其明顯,這與恆星演化中一個有趣的截止點重合。對於比這更小的恆星,當它們耗盡氫時,內核中的氦能夠通過一種叫做簡併壓的奇怪的量子力學效應來支撐自己,而較大的恆星則不能。

這意味著在這個質量範圍內的恆星產生的白矮星比預期的要大。由於白矮星是由大量的碳組成的,這意味著在這個質量範圍內的恆星產生的碳比預期的要多。大部分的碳最終形成白矮星,但也有一些在恆星生命的最後階段擴散到整個星系。

這個結果表明,在特定質量範圍內的恆星形成的白矮星可能是宇宙中大部分碳的來源,這包括組成生命的碳元素。

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