恆星演化模型認為太陽是二代恆星,之前發生超新星爆發的上代恆星留下的中子星內核在哪?

星辰大海lh


天文學家認為我們的太陽並非第1代恆星,因為太陽系中有著太多的重元素,要不然太陽系中不會形成我們的地球等以重元素為主的行星小行星等。



重元素都是由恆星內部核聚變、以及超新星爆發和中子星碰撞製造的,我們太陽系中的重元素當然也不例外,所以太陽系中的重元素也都是上一代或者上幾代恆星遺留下來的。


太陽系形成於一片星雲之中,這片星雲被叫做原始太陽星雲,那麼形成這片原始星雲的就是上一代的恆星了。但是我們又知道恆星演變到最後會形成白矮星、中子星或者黑洞等,那麼形成我們太陽系原始星雲的前身恆星去哪裡了呢?

回答這個問題,首先我們必須要知道,我們太陽系已經形成了近50億年,那麼形成太陽系星雲的前身恆星至少是存在於50億年前了,而宇宙中的星體都是處於運動中的,在50億年的時光中,前身恆星的遺骸不知道跑到哪裡去了呢。



為此,我們可以對照前些時間天文學家們觀察到的一顆飛奔的中子星,2019年3月19日,美國天文學會宣稱有一顆被命名為PSR J0002 6126的中子星(也是個脈衝星)正在銀河系中超高速穿行,它就是一個恆星殘骸,是大質量恆星發生超新星爆發的時候產生的,我們太陽系前身恆星,演化到末期階段之後,很可能也是這樣的一個星體。


天文觀察發現它正以每小時近400萬公里的速度(每秒約1100多公里)飛奔,炮彈出膛的速度一般在900~1900米之間,這顆脈衝星的速度是炮彈速度的580~1200倍,北京到上海的直線距離,這顆脈衝星只需要一秒鐘就能到達,從地球到太陽的距離也只需要37個小時多一點。

天文學家們測定,這顆中子星發生超新星爆發的時間不過才5000年,但正因為它如此之快的速度,如今它已經離開其最初的超新星爆發中心位置53光年了,並且在前進的路途上拉出了一條長達13光年的尾巴,預估它終將飛奔出銀河系,變成銀河系外的流浪星球。


這顆中子星之所以跑得如此之快,推測其就是由於其發生超新星爆發時,能量在各個方向上噴射得不夠均勻,使得這顆中子星產生了在如今的奔跑方向上的極快的初速度,所以5000年的時間中,它就跑了53光年。


我們也可以就此推測我們的太陽系前身恆星的殘骸,如果它是一顆中子星的話,那麼就很有可能像這顆流浪中子星一樣,由於具有了一定的初速度而跑到了其他的位置,50億年的時間足夠它跑得足夠遠,以至於我們難覓它的蹤跡;即便前身恆星形成的是一個黑洞也一樣,它也會具有像中子星一樣的初速度而奔跑的其他地方;而如果它當時形成了一顆白矮星,它也會由於其紅巨星階段的恆星風吹拂的不均勻向某個方向前進,但其速度就不會那麼快了,但是50億年的時間,即便是較慢的速度,也一樣難以尋找它的蹤跡了。


人類的方向



恆星演化過程中一顆恆星耗盡其燃料供應後,其殘餘物可以變成三種形式之一,這取決於其生命週期的質量。

白矮星和黑矮星



對於一顆質量為1的恆星來說,產生的白矮星約為0.6 ,壓縮成大約地球的體積。白矮星是穩定的,因為引力被恆星電子的簡併壓力平衡,這是泡利不相容原理效應的結果。電子簡併壓力對進一步壓縮提供了相當的限制。因此,對於給定的化學成分,質量較高的白矮星體積較小。由於沒有剩餘的燃料可以燃燒,這顆恆星將剩餘的熱量輻射到太空達數十億年之久。

白矮星剛形成時非常熱,表面溫度超過10萬,內部溫度更高,以至於在它存在的前1000萬年裡,它的大量能量以中微子的形式消失,但在10億年後,它的大部分能量將會消失。

白矮星的化學成分取決於它的質量。幾個太陽質量的恆星將融合形成鎂、氖和少量其他元素,產生主要由氧、氖和鎂組成的白矮星,前提是它能失去足夠的質量到達錢德拉塞卡極限之下,並且恆星核心點燃不至於劇烈到將恆星炸成超新星。一顆質量在太陽數量級的恆星將無法點燃聚變,並將產生一顆主要由碳和氧組成的白矮星,其質量太低,除非後來加入物。不到太陽一半質量的恆星將無法點燃氦聚變,並將產生主要由氦組成的白矮星。

最後,剩下的只是一團冰冷的黑暗,有時被稱為黑矮星。然而,宇宙還沒有大到足以讓任何黑矮星存在。



如果白矮星的質量增加到錢德拉塞卡極限之上,對於主要由碳、氧、氖和/或鎂組成的白矮星來說,錢德拉塞卡極限是1.4 ,那麼電子簡併壓力由於電子俘獲而失敗,恆星坍塌。根據化學成分和中心坍塌前的溫度,這將導致要麼坍塌成中子星,要麼碳和氧失控點火。較重的元素傾向於持續的核心坍縮,因為它們需要更高的溫度來點燃,因為電子更容易捕獲到這些元素和它們的聚變產物上;更高的核心溫度有利於失控的核反應,從而阻止核心坍縮並導致超新星。這些超新星可能比II型超新星亮很多倍,標誌著一顆大質量恆星的死亡,儘管後者有更大的總能量釋放。這種坍縮的不穩定性意味著沒有比大約1.4 更大的白矮星存在(非常快速旋轉的白矮星可能是個小例外,其旋轉產生的離心力部分抵消了它們物質的重量)。二元體系中的質量轉移可能導致最初穩定的白矮星超過錢德拉塞卡極限。

如果白矮星與另一顆恆星形成緊密的雙星系統,來自較大伴星的氫可能會聚集在白矮星周圍和上面,直到它變得足夠熱以至於在它的表面融合成失控的反應,儘管白矮星仍然在錢德拉塞卡極限之下。這種爆炸被稱為新星。



中子星

通常,原子的體積主要是電子雲,中心有非常緻密的原子核(按比例來說,如果原子有足球場那麼大,它們的原子核就有塵蟎那麼大)。當恆星核心坍塌時,壓力通過電子俘獲導致電子和質子融合。沒有使原子核分開的電子,中子會坍縮成一個緻密的球(在某些方面像一個巨大的原子核),上面有一層薄薄的退化物質(主要是鐵,除非後來加入不同成分的物質)。中子抵抗泡利排斥原理的進一步壓縮,方式類似於電子簡併壓力,但更強。



這些恆星被稱為中子星,非常小,大約半徑10公里,不比城市大,而且密度驚人。隨著恆星收縮(由於角動量守恆),它們的自轉週期急劇縮短。中子星的觀測旋轉週期從大約1.5毫秒(每秒600轉以上)到幾秒鐘不等。當這些快速旋轉的恆星的磁極與地球對齊時,我們每旋轉一週就探測到一個輻射脈衝。這種中子星被稱為脈衝星,是第一批被發現的中子星。雖然從脈衝星中探測到的電磁輻射通常以無線電波的形式出現,但脈衝星也在可見光、X光和伽馬射線波長下被探測到。

黑洞



如果恆星殘骸的質量足夠高,中子簡併壓力將不足以防止中子星核心坍縮。恆星殘骸因此變成了黑洞。發生這種情況的質量還不確定,但目前估計在2到3 之間。

黑洞是由廣義相對論預言的。根據經典廣義相對論,無論物質或信息都可以從黑洞內部流向外部,儘管量子效應可能允許偏離這一嚴格規則。無論從理論上還是從天文觀測上,宇宙中黑洞的存在都得到了很好的支持。



因為超新星的核心坍縮機制目前還只是部分了解,還不知道恆星是否有可能直接坍縮成黑洞而不產生可見的超新星,或者一些超新星是否最初形成不穩定的中子星,然後坍縮成黑洞。

中子星內核有兩種可能,一種是保持中子星沒變,另一種是變作黑洞,具體在哪,就不知道了。


軍機處留級大學士


大質量恆星爆發成超新星之前,由於其引力坍縮不一定是嚴格的球對稱狀態,甚至自轉軸與磁極也不重合(比如地球的南北極點就與南北磁極不重合),導致超新星爆發時噴射物質的數量不對稱,在極端情況下,可能會從某個方向以每秒一萬到三萬公里的速度噴射出整個恆星10%以上的物質,就會給中子化核心一個反向的力量,使新生成中子星得到每秒幾百到上千公里的移動速度,經過一段時間的運動,中子星與超新星遺蹟完全脫離,就無法在這片星雲中找到中子星了。


老卡2020


還有一種可能啊,如果第一代恆星是一顆超過太陽質量一百倍的超大質量恆星呢?它是以粉身碎骨的方式發生超星星爆炸!爆炸後除了一片星雲,其他中子星或者黑洞都沒可能出現!


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