太阳是独生子吗?还是它出生在一个(非常,非常)大的家庭?
答案不仅能告诉我们节假日家庭聚会可能有多尴尬(如果你认为你的家庭聚会很糟糕,想象一下如果多了几千个争夺资源的兄弟姐妹会变得多糟糕)。毕竟,太阳的起源故事,归根结底,也是我们自己的故事。我们在理解恒星如何形成方面取得了巨大的飞跃,但具有讽刺意味的是,关于我们最近和最亲爱的恒星,我们仍然有一些相当基本的问题——例如太阳是独自诞生还是与一大群其他恒星一起诞生。
尽管太阳足够近,我们几乎可以触碰到它,但关于它诞生的细节仍然是一个谜。最大的问题是它的年龄。我们的恒星诞生于 46 亿年前,已经进入中年,并且已经远离了它的祖籍——一些无名的、现在已经消失的“恒星摇篮”,那里的气体很久以前就已分散或凝结成恒星。
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我们找不到那个摇篮,但我们仍然可以了解它。我们从陨石中找到了一些证据,这或许令人惊讶,其中一些陨石仍然带有关于它们在太阳系诞生期间的妊娠环境的线索。例如,陨石内部钾等元素的同位素告诉我们这些物体在被称为星云的太阳前宇宙云中形成的位置,而陨石之间的差异可以用来帮助确定星云在任何行星出现之前的状况。
借助来自陨石的数据,并在最先进的计算机模拟的帮助下,一个国际天文学家团队研究了太阳可能的出生环境。其结果于 3 月发表在《皇家天文学会月刊》上。该小组使用巧妙的推理思路,表明太阳不仅有很多兄弟姐妹,而且诞生于一个相当繁华的“都市”社区。
恒星诞生于星云中,当云的内部坍缩到中心的一个堆状点时,该点就变成了新生恒星。星云有多种形状和大小,从小而黑暗的球状体到巨大的分子云。恒星在任何给定的星云中如何形成,更多的是一个自然的故事,而不是后天培育的故事。
例如,巴纳德 68 星云是一团黑暗的冷气体和尘埃——硅酸盐(岩石材料)和类似于烟灰的复杂碳分子的微小颗粒——在太空中相对靠近我们,只有几百光年远。它是我最喜欢的物体之一:一个怪异的、漆黑的幽灵般的质量,像天空中的一个不透明的洞一样完全阻挡了来自后面恒星的光线。
它只有半光年宽(大约三万亿英里),几乎没有足够的物质来制造一颗比太阳稍重的恒星。最有可能的是,它现在正处于这个过程的中间,并可能在短短 20 万年内转变成一颗恒星。
在规模的另一端,我们有猎户座分子云复合体,这是一个真正巨大的活跃恒星形成场所,距离我们超过 1000 光年,横跨数百光年。它足够强大,可以制造数量惊人的恒星——至少 10 万颗像太阳一样的恒星。标志性的猎户座星云,肉眼可见,是数百颗恒星的诞生地,只是这个巨大恒星工厂的一小部分。
像猎户座这样的巨型云团相对罕见,但可以大规模生产恒星,而较小的云团生产力较低,但遍布银河系。仅通过查看这些统计数据无法辨别太阳的起源;它可能来自任何一种恒星摇篮。
这些星云环境差异很大,这会影响它们产生的恒星。在星云中发现的大质量恒星对其正在孕育的兄弟姐妹有很大的影响。它们可以喷射出强烈的亚原子粒子风——就像太阳风一样,但强度远超 11。这些风可以将铝和镁等重元素播撒到正在形成的恒星中。稍后,当它们作为超新星爆炸时,它们会将铁和钴等不同元素的混合物抛射到很远的地方。
然而,大质量恒星是罕见的。可能每 100 颗恒星中只有一颗足够大,可以产生这种影响,而小型星云根本无法制造出它们。这意味着原则上,查看早期太阳系的化学成分可以告诉我们太阳是在哪种摇篮中诞生的。
这个想法是国际团队最近研究的重点。天文学家特别关注两种元素:铝 26 和铁 60。铝 26 在大质量恒星内部产生,并在其风中被吹出,而铁 60 则是在爆炸恒星的热核地狱中锻造出来的。这两种元素都具有放射性,分别衰变为镁和钴。通过仔细测量来自太阳系最早期的原始样本(即来自陨石)中它们的子元素的量,我们可以了解太阳形成的环境。
为了进行分析,科学家们利用星云和恒星形成的物理学原理,模拟了类太阳恒星在各种环境中的诞生,从包含极少恒星的星云(代表较小的云团)到包含数千颗恒星的大型星云。接下来,他们计算了在每个星云中出现的代理原始太阳盘的元素组成,并将这些虚拟产量与陨石中实际测量的结果进行了比较。
他们的研究结果表明,当早期太阳在其原始星盘中形成时,可能受到了来自大质量恒星的强大风和超新星爆炸的冲击。这意味着太阳的摇篮更像猎户座复合体,而不是巴纳德 68。
巧合的是,在 2022 年末,另一个科学家团队在《天文学与天体物理学》杂志上发表了一篇论文,研究了类似的问题。研究人员认为,至少有一颗超新星必须在仍在形成的太阳系附近爆炸,才能产生在古代陨石中看到的放射性元素,因此——由于此类事件相对罕见——他们得出结论,太阳的诞生星团必须非常大,才能在统计学上确保这种情况发生。
换句话说,太阳更可能是一个市中心的城市孩子,而不是一个乡村小镇的恒星。当然,由于它的星云摇篮已经消失,我们无法轻易证实这个假设。毕竟,你无法再次回到家。
那么太阳的兄弟姐妹呢——它大家庭中的数千颗其他恒星呢?它们曾经像一窝小狗一样依偎在一起,但在亿万年前就各自漂泊,现在是散布在整个银河系中的孤儿。尽管如此,天文学家仍在寻找与我们的太阳年龄和成分相同的恒星,以便我们能够更多地了解我们的太阳。
重聚的可能性很小。因此,如果我们想看一本家庭相册,我们只能自己把它拼凑起来。
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