如果从非常宏大的时间尺度来看,恒星从诞生到消亡都会经历一个漫长的时间周期,而这个周期包含着物质的吸聚、内部核聚变、能量释放、物质消耗和新物质的产生等循环往复的过程。太阳作为我们所处太阳系的绝对核心,它的形成和系内众多行星一样,当然离不开巨量物质的吸聚,而这些原料物质的来源肯定不会凭空产生。科学家们根据恒星生命周期物质形态以及迁移转化的规律,得出太阳是上一任大质量恒星在生命尾声发生超新星爆发之后,通过漫长的物质积累而逐渐形成的这样的结论。
太阳是超新星爆炸产物的重要论据
要推测出太阳是超新星爆炸产物的结论,其实不难,我们可以从恒星演化历程、时间和物质组成这三个方面来简要加以分析。
首先,从时间方面来看,经过科学家们长期的观测和研究,得出我们的宇宙年龄为138亿年的结论。科学家们所采用的方法主要是通过目标星系发出的光谱的变化特征,来判断其对于观测者的移动速率,也就是哈勃红移,而且目标离观测者越远,红移现象越明显。这里就有一个哈勃常数精确性的问题,2013年,欧洲航天局利用普朗克卫星,测得在百分秒差距的目标区域内,星体远离地球的速度为67.8公里每秒。星系的退行速度与其距离观测者的数值成正比,当测量出了两个星系的退行速度和相互之间的距离以后,便可以推算出两个量系远离所需要经历的时间。通过这种方法,科学家们研究推测并不断修正宇宙的年龄,同时结合宇宙背景辐射的相关研究,最终确定其值为138.2亿年。同时,科学家们根据太阳中氢元素的含量比例,与太阳质量的对应关系,推测出太阳的年龄为48-50亿年之间,这个值与宇宙诞生的历史相比差距很大,这一点为其它恒星生命结束后太阳的诞生提供了时间方面的贮备。
其次,从恒星演化历程来看,恒星之所以能够维持内部的核聚变并且源源不断地向外界释放能量,主要原因在于其对周围空间中大量的星际物质吸聚产生的,在这种效应的影响下,在一个物质密度相应较高的星际空间中,特别是轻质量星云物质含量较为丰富的空间中,在引力扰动作用下,这些星际气体和尘埃物质发生碰撞和聚合的几率就高得多,会为质量逐步增大、核心温度逐渐升高奠定必要的物质基础,与此同时,不断吸聚的星际物质在引力作用下,不断向内发生着坍缩,推动内核温度的进一步上升,当达到氢元素的核聚变温度(700万摄氏度以上)时,就会激发内核的聚变反应,形成恒星。而恒星通过演化到何种程度,直接取决于初期所吸聚物质的质量多少。于是在核聚变向外的辐射压和外壳物质向内的引力双重作用下,推动着恒星外表形态的稳定,当恒星质量很大时,最终核聚变产生的辐射压不能支撑引力作用时,就会发生坍缩,剧烈的坍缩触发到内核时,便会产生强烈的反弹冲击波,将演化末期的恒星内部及外壳物质迅速冲击到宇宙空间中,形成超新星爆发,爆发之后的恒星最终形成中子星或者黑洞。
第三,从太阳系组成物质来看,太阳的组成成分中,氢和氦占据了绝大部分比重,另外还含有少量的氧、铁、镍等重元素物质,这些物质肯定不是以太阳现有的质量和核聚变阶段所能形成的。同时,从太阳系内其它行星的物质组成上看,无论是岩质行星的碳、硅、氧、铁、硫、镁、金等,还是气态行星上的碳、氧、硫等诸多元素,都不可能是通过太阳风的吹拂作用在行星上积累起来的,只能表明是在太阳系的形成初期,在这部分星际空间中本来就存在的物质。而根据宇宙演化模型来分析,最原始的一批恒星在消亡之前,在它们附近的宇宙空间中基本还都是以氢和氦等轻物质为主,不可能产生这么多种的重元素组成的物质。因此,科学家们判定,太阳只能是接过上一任恒星光荣任务之后的第二代或者第三代恒星。
超新星爆发的几种情况
从目前天文学家们了解到的情况以及据此做出的判断来看,超新星爆发的前提必须是要比太阳质量大很多的大质量恒星,在其生命末期剧烈的内外物质迁移过程中,能量发生迅速释放的结果,那么,根据这个能量的释放过程,可以将超新星爆发分为以下几种类别:
II型超新星爆发。这是一种大质量恒星在生命最末期,由剧烈的坍缩作用引发的超新星爆炸。其直接导致因素就是内核的温度不足以支撑新产生聚变物质的新一轮核聚变反应的条件,辐射压力迅速减弱,向内的引力作用明显占据上风,恒星就会发生强烈的坍缩现象,短时间内坍缩的外层物质,会在与内核的剧烈碰撞中将引力势能绝大部分转化为热能,从而在激发波的带动下将恒星的中层以及外层物质剥离出去,形成超新星爆发,而内核则会依据其残与质量大小进一步坍缩为中子星或者黑洞。
Ia型超新星爆发。这是存在双恒星系统,在其演化末期可能会引发的一类超新星爆发现象。当一颗较大质量的恒星在演化为白矮星之后,有一定几率会与另外的一颗恒星(可能处于主序期、红巨星或者白矮星不同阶段),发生物质吸聚或者碰撞现象,这颗主导地位的白矮星,就会从另外一颗恒星中逐渐吸收物质,或者通过合并增大自身的质量,最终重新启动内核聚变,而且聚变的程度非常剧烈,以至于短时间内释放的巨大能量,将白矮星的组成物质全部剥离出去,诱发白矮星的爆炸,最终产生Ia型超新星爆发。
不稳定型超新星爆发。这是一类可以在第一代大质量恒星生命尾声出现的爆发现象,一般质量能够达到太阳的200倍左右,由于这一类恒星中氢、氦等轻元素的含量很高,内核发生核聚变的程度要比一般恒星要剧烈得多,物质的消耗速率也很快,因此这类恒星的光度很大、生命周期较短。在内核剧烈的核聚变过程中,产生的巨大能量可以使聚变中形成的光子发生激烈碰撞产生自由电子和正子,然后正负电子又发生湮灭释放大量能量以及伽马射线,从而削弱了内核因核聚变产生的向外辐射压,在引力作用下外层物质会不断地向内核收缩,从而进一步增加内核的温度,推动核聚变得更加剧烈地持续进行,当这种反应强度增加到一定程度之后,就会因更加剧烈得反应产生失衡的核聚变,组成恒星的所有物质会在这种失衡状态下分崩离析,不会留下任何中子星或者黑洞的痕迹,产物只有可以孕育下一代恒星的星云物质。
太阳的前身到底在哪里
通过以上的分析,太阳是由上一任恒星发生超新星爆发之后形成的已经是“实锤”,不过根据不同的超新星爆发条件和后果可以看出,我们要找出它的前身实属不易,或者说已经不太可能,这主要的原因有两个:
一是我们不能确定到底是哪一处超新星爆发模式。如果是不稳定型超新星爆发,或者是Ia超新星爆发,在其爆发后不可能再演化为中子星或者黑洞,所以只考虑到寻找中子星或者黑洞这个唯一的方向是行不通的。
二是星云中产生的恒星位置并非固定不变。太阳虽然诞生于上一任恒星爆发之后所形成的星云空间中,而在所有的星云空间中,不可能只产生一颗恒星,而是能够产生多达几百甚至上百万颗恒星,这些恒星之间会在形成和发展过程中,相互之间产生强烈的引力扰动现象,星云在引力扰动以及物质持续消耗的影响下会不断收缩,从而加剧了恒星之间的引力波动,会使处地边缘或者合引力集中的恒星被“弹射”出星云区域,从而脱离了自己诞生之初,重新寻找自己的家园。
基于以上两种情况,我们当然无法找到太阳的前身之所在,因为这个前身的残骸根本没有形成中子星或者黑洞,或者太阳已经早早地脱离出了孕育自己的星际空间,想要重新追溯来源已经不可能了。
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