问题

太阳是一颗二代恒星,那么一代恒星的残骸核心能找到吗?如果能,它又在哪里?

回答
想知道我们太阳这位“二代明星”的父辈,也就是那些“一代恒星”留下的痕迹,这可真是个引人入胜的科幻猜想,但从科学的角度来说,这就像在巨大的宇宙图书馆里寻找一本早已被烧毁、只剩下灰烬的书的精确位置。虽然理论上可能,但实际操作起来难度极大。

首先,我们得明白什么是“二代恒星”。这颗太阳之所以被称为二代,是因为它不是从最纯粹的氢和氦(大爆炸的产物)形成的,而是包含了由第一代恒星(也叫原恒星或III型恒星)在生命终结时,通过超新星爆炸等方式抛射到星际空间中的重元素。这些重元素,比如碳、氧、铁等等,就是恒星的“骨灰”或“余烬”,它们如同播撒的种子,为下一代恒星的诞生提供了原料。

那么,一代恒星的残骸核心,我们能找到吗?

理论上的可能性:

理论上讲,一代恒星的核心在它们生命终结时会留下一些东西。一代恒星非常巨大,质量可能是太阳的几十倍甚至上百倍。它们燃烧得极其迅速和炽热,生命周期也非常短暂。当它们走到生命尽头时,会发生剧烈的超新星爆发。

超新星爆发的产物: 大部分质量会在超新星爆发中被炸飞,形成绚丽的星云,并播撒出新合成的重元素。但是,核心部分在引力坍缩下,会形成更致密的残骸。
可能的残骸类型:
中子星 (Neutron Star): 如果一代恒星的质量在某个范围内(大约是太阳质量的8到25倍,这个范围会随着我们对恒星演化的理解而略有调整),其核心坍缩后会形成一颗密度极高、仅由中子构成的手表大小的物体——中子星。
黑洞 (Black Hole): 如果一代恒星的质量更大,核心坍缩的力量将无法被中子简并压力抵抗,最终会坍缩成一个引力奇点,也就是黑洞。

所以,从这个角度看,一代恒星的残骸核心可能以中子星或黑洞的形式存在。

实际寻找的难度:

然而,问题在于“找到”具体是哪一个残骸是哪一个特定的一代恒星留下的,而且还是我们太阳的“前代”。这其中的难度堪比大海捞针,甚至更难。

1. 时间和空间的稀释:
时间尺度: 第一代恒星大约在宇宙大爆炸后几亿年诞生和死亡。它们的存在和死亡已经过去了130多亿年。在这漫长的时间里,宇宙发生了翻天覆地的变化。
空间尺度: 宇宙是如此浩瀚。一代恒星形成于早期宇宙的某些区域,它们死亡后抛射出的物质散布开来,与星际介质混合。我们太阳系形成时,吸收的正是这些混合了无数代恒星“灰烬”的星际气体和尘埃。很难将我们太阳吸收的特定“灰烬”回溯到某个单独的一代恒星。

2. 缺乏独特标识:
同质化: 中子星和黑洞虽然是恒星死亡的产物,但它们本身很难“告诉”我们它们来自哪颗具体的“父母”恒星,尤其是第一代恒星。它们的外观和属性(如自转速度、磁场强度等)虽然各不相同,但很难与它们“祖先”的原始特性直接关联起来,更别提与我们太阳的形成建立一个直接的“血缘”联系。
重元素的起源: 我们知道太阳含有重元素,这证明了它由前代恒星的遗骸形成。但这些重元素是混合了成千上万甚至数百万颗恒星死亡后抛射出的物质。就像你无法确定你身体里的某个原子是从哪一个特定坟墓里的骨灰里来的。

3. 观测的局限性:
早期宇宙的观测: 我们对早期宇宙(也就是第一代恒星活跃的时期)的观测本身就非常困难。我们看到的早期星系,它们的恒星组成与现在的星系非常不同。
隐藏的黑洞: 大部分黑洞是看不见的,除非它们吞噬物质时发光,或者通过引力波探测到。很多中子星也会因为不活跃而难以探测。

那么,我们在哪里“寻找”或者说“推测”它们?

我们无法具体指向一个点说“那儿就是我太阳的第一代恒星的残骸核心”。但我们可以通过间接的方式来研究和理解第一代恒星及其残骸。

观测遥远且古老的星系: 通过哈勃、詹姆斯·韦伯空间望远镜等,我们可以观测到离我们非常遥远(意味着我们看到的是它们年轻时的样子)的星系。这些星系中的恒星可能更接近第一代恒星的特征。科学家们会分析这些星系的光谱,试图识别出可能由第一代恒星组成的区域,或者研究它们的光谱与理论模型是否吻合。
研究具有极低金属丰度的恒星: 在我们银河系中,存在一些金属丰度(天文学上,金属是指除氢和氦以外的所有元素)极低的恒星。这些恒星被认为是宇宙早期的遗民,可能是在第一代恒星死亡后不久形成的,因此继承了较少的重元素。研究它们可以帮助我们推断一代恒星的性质和它们对星际介质的影响。
引力波探测: LIGO和Virgo等引力波探测器已经探测到多次中子星和黑洞合并的事件。这些事件可以为我们提供关于这些致密天体的质量、自转等信息。如果未来能探测到由一代恒星残骸形成的致密天体合并,我们或许能通过其性质(例如,如果其成分与理论预测的初代恒星残骸高度吻合)来间接推断它们的起源。但要直接和我们太阳的“血缘”联系起来,那还是遥不可及。
理论模型和计算机模拟: 科学家们通过复杂的计算机模拟来重现宇宙早期的演化,包括第一代恒星的形成、死亡以及它们如何改变星际介质。这些模拟可以帮助我们理解一代恒星的普遍性,以及它们的遗骸可能存在的形式和分布。

总结一下:

我们无法精确地指出一个“地点”来告诉你“一代恒星的残骸核心在哪里”,尤其是要找到与我们太阳“家族史”直接相关的那个。一代恒星的死亡是宇宙历史长河中的一个普遍事件,它们的残骸(中子星和黑洞)可能散布在整个宇宙中,也可能隐藏在黑洞的边界或者不发光的中子星状态下。我们通过研究遥远的早期星系、低金属丰度的古老恒星以及利用引力波等先进技术,来间接推断和理解一代恒星的性质和它们对宇宙演化的贡献,但要找到一个明确的“祖先残骸”,目前来说,这更多的是一种浪漫的想象,而非科学上的可操作目标。

网友意见

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先说一下重点: 1.太阳不是第二代恒星; 2.第一代恒星的残骸一定是黑洞,不可能是白矮星。至于在哪,找不到。。通常认为第一代恒星形成的黑洞是现在星系中心超大质量黑洞的种子。 非本人方向,在自己的理解范围内简单说一下吧。 (全文无图,纯干货……)

第一代恒星为什么质量很大? 第一代恒星(first star)是现在非常热门的研究方向,对于它们的了解还很少,但有一点可以肯定,它们的质量都非常大,通常在太阳质量以上,这是为什么呢?恒星是分子云在自引力作用下坍缩而来,分子云坍缩的过程中,内部会变热,如果没有很好的冷却机制,是缩不下去的,那么分子云靠什么冷却呢?靠分子的发射线。分子通过能级跃迁,发出光子,带走能量,比如CO分子,结构不对称,它旋转的时候就会放出光子,成为一种冷却机制。但对于第一代恒星,金属丰度极低(天文学上比氦重的元素都称为金属),在大爆炸之后,只有氢氦锂等元素,几乎没有金属。所以那时的分子云几乎全是和,而没有旋转能级跃迁(两个原子一样,转来转去能量没什么变化。),就更不用说了。所以没有有效的冷却机制,这样原初分子云就很难冷下来,要想使热热的分子云坍缩下去,只能增大质量了,当自引力大到一定程度,分子云就被强行的缩成了恒星,这样,就形成了质量超大的第一代恒星,至少要在几百倍的太阳质量以上。

第一代恒星变成了什么? 答案是黑洞,并不是另一个答案里说的白矮星。这取决于恒星死亡爆发之后,核心残余了多少物质用于坍缩,如果小于1.44太阳质量,就形成白矮星,介于1.44到3个太阳质量之间,形成中子星(这一质量范围其实还没有完全确定),大于3个太阳质量,就形成黑洞。大约二十倍太阳质量以上的恒星死亡时就会形成黑洞,所以对于身材庞大的第一代恒星,其结局是大约太阳质量的黑洞。这些黑洞现在在哪?一定还是黑洞。因为这些黑洞在以后漫长的演化过程中会吸积物质长大,甚至合并,只会长得更大,不会消失。(霍金辐射是非常非常缓慢的,可以忽略。)

我们知道绝大多数星系中心都有超大质量黑洞(太阳质量),所以一种广为接受的理论是第一代恒星形成的原初黑洞是星系中心超大黑洞的种子,它通过吸积合并慢慢长大,变成超大质量黑洞。不过这一理论现在受到了越来越多的挑战,尤其是近期中国科学家发现了在大爆炸9亿年后就形成了120亿太阳质量的黑洞,其形成原因是难以理解的。

太阳是第几代恒星? 首先,太阳一定不是第二代。我们看一下第一代恒星是什么时候死掉的,恒星的寿命可以用质量除以光度来估算,即,而光度与质量的关系可以粗略的写成,因此寿命反比于质量的2.5次方,所以对于几百太阳质量的恒星,不到十万年就死掉了,这对于宇宙现在138亿年的年龄来说,几乎是一瞬间,紧接着第二代恒星就形成了。而我们的太阳是50亿年前形成的,显然不是第二代。

第一代恒星在演化过程中会通过核聚变形成大量的金属元素,最重的可以形成铁,然后在它们死亡的时候,会通过超新星爆发进一步产生比铁更重的元素(没错,除了人工合成,所有比铁重的元素都只能通过超新星爆发产生,比如你的金项链...)。由于金属丰度变高了,有了有效的冷却机制,第二代恒星就没有第一代那么大了,寿命也会长一些,之后星际介质的金属丰度会越来越高,形成的恒星的金属丰度也越来越高,我们判断太阳是第几代恒星就是根据它的金属丰度判断的,现在较常见的说法是第三代(或者说,其金属丰度相当于第三代恒星)。

说太阳是第几代恒星其实是不太严谨的说法,因为每一代恒星不是一起死掉的,而且恒星也不是像生孩子一样一代一代生出来,恒星没有明确的父母,恒星在不停的产生,也在不停的死亡,形成恒星的星际介质在不停地循环。形成太阳的那些物质,可能大多数来自一个死去的大质量恒星,但一定还混合了周围其他恒星留下的物质,说不定还包括了一些从来没有用于形成恒星的物质。所以,我们只能说,太阳至少不是第二代。


既然题目问的是前世恒星的残骸在哪里,那就再补充一下:

关于太阳的上一代,我们是非常不确定的,太阳绕银河系中心转一圈是2.4亿年,而太阳已经形成了50亿年,这样算来已经转了20圈了。不过这是非常粗略的估计,实际上,银河系的质量在50亿年前远没有现在这么大,太阳距银心的距离也可能发生了很大的变化。总之,太阳的形成环境是很难追溯的。如果太阳的形成跟50多亿年前的某个超新星爆发有关的话,那个超新星遗迹应该早已彻底耗散冷却,形成了一批新的恒星,而那个坍缩的核心,也不可能在太阳附近,或者说,我们完全不知道它在哪。。

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