恒星 如果太陽系是超新星爆炸后形成的,為什么附近沒有中子星或黑洞
我們的太陽系誕生于45億年前的一團原始星云,從太陽光譜中的吸收線來看,太陽是一個富含金屬的恒星,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占到了71%和27%,剩下的小部分就是元素周期表中的其他元素,所以說我們的太陽并不是宇宙中的第一代恒星,很有可能是第二代或者是第三代恒星。
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換句話說,我們的太陽系要想擁有這么豐富的重元素,就必須誕生在被上一代恒星死亡“污染”后的星云中!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恒星呢?
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是這樣的,在宇宙學(xué)中,天文學(xué)家會把所有比氫和氦重的元素統(tǒng)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恒星是不會富含任何金屬的,因此我們認(rèn)為太陽的前身是一顆更大、不含任何金屬的藍色巨星。
那么問題就如題所說,既然太陽系誕生于上一代恒星死亡后所形成的氣體云,而且大質(zhì)量恒星在死亡后核心一般都會留下中子星或者黑洞,那么為什么我們沒有在目前太陽系所處的位置附近發(fā)現(xiàn)原恒星留下的殘骸呢?
超新星的爆發(fā)代表著一顆恒星生命的終結(jié),當(dāng)恒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(dǎo)致核心在引力的作用下發(fā)生劇烈的塌縮,短時間內(nèi)釋放出巨大的引力勢能。能量的集中短時間釋放,就會將恒星除過核心以外的外殼炸毀,形成壯觀的Ⅱ型超新星爆發(fā)。
一顆質(zhì)量是太陽質(zhì)量8倍-10倍以上的恒星,在死亡以后,其核心就會坍縮稱為一顆中子星或者黑洞,這取決于恒星核心在死亡時的質(zhì)量,當(dāng)質(zhì)量在3倍太陽質(zhì)量的時候,中子簡并壓就難以抵抗引力的壓縮,一路坍縮形成黑洞。當(dāng)核心質(zhì)量小于3倍太陽質(zhì)量的之后,就會形成一顆中子星,目前我們認(rèn)為中子星的質(zhì)量上限為2.16倍的太陽質(zhì)量,我們在宇宙中觀察到的中子星質(zhì)量大部分在1.4倍太陽質(zhì)量。
除了Ⅱ型超新星,在宇宙中還會爆發(fā)Ⅰa型超新星,這種超新星的爆發(fā)是由低質(zhì)量恒星死亡后留下的白矮星形成的。
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白矮星要想變成超新星必須處在一個雙星系統(tǒng)中,它要么是因為吸積了伴星大量的物質(zhì),導(dǎo)致質(zhì)量急劇增加,當(dāng)達到太陽質(zhì)量1.44倍的時候,就會引發(fā)核心的碳爆轟,也就是重新發(fā)生核聚變,由于核聚變進行得十分劇烈,大量的能量劇烈釋放會導(dǎo)致白矮星被炸毀,形成Ⅰa型超新星。
要么就是兩顆白矮星的軌道發(fā)生衰變,最終碰撞在一起發(fā)生合并,導(dǎo)致兩顆白矮星被同時摧毀,發(fā)生Ⅰa型超新星爆發(fā)。
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如果太陽系的形成來自于以上類型的超新星爆發(fā),那么就有可能在太陽系的附近存在恒星殘骸,而且這些恒星殘骸也會有可觀測的效應(yīng)。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(fā)后不會留下任何東西。
不穩(wěn)定對超新星這種類型的爆發(fā)通常會發(fā)生于金屬含量低、且質(zhì)量非常大的恒星中,而宇宙的第一批恒星就滿足這樣的條件。
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在恒星的一生中核聚變產(chǎn)生的輻射壓力會對抗恒星的質(zhì)量所帶來的引力收縮,這兩個力基本處在一個平衡的狀態(tài),互相拉扯,導(dǎo)致恒星有一個相對穩(wěn)定的核聚變速度,不至于讓恒星因為聚變過于猛烈發(fā)生爆發(fā),也不至于因為引力而發(fā)生收縮。
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但是在低金屬含量的大質(zhì)量恒星中,質(zhì)量一般介于130至250太陽質(zhì)量之間,這樣的恒星核心會釋放出巨大的能量,導(dǎo)致兩個光子相互碰撞轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮雍驼娮訉Γ缓笳?fù)電子對又會在短時間內(nèi)湮滅釋放出伽馬射線,由于光子的釋放增加了一個額外的過程,這樣就會導(dǎo)致核心的輻射壓力降低,那么整個恒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(yīng)速率,當(dāng)核心達到一定的溫度,劇烈的反應(yīng)就會導(dǎo)致壯觀的超新星爆發(fā),不過這種超新星的出現(xiàn)并不是因為核心耗盡了燃料,而是因為反應(yīng)太過劇烈,所以核心連同恒星的外殼也會一并被炸毀,這就是不穩(wěn)定對超新星。
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