Jak może istnieć 1000 gwiezdnych przodków przed naszym Słońcem?


69

Niedawno słyszałem z kilku źródeł *, że Słońce jest gwiazdą 1.000 generacji, co oznacza, że ​​miał tysiąc gwiazd, które pojawiły się przed nim na podstawie zawartości ciężkich pierwiastków.

Rozumiem, że supernowe wcześniejszych gwiazd stworzyły cięższe pierwiastki, które zostały włączone do Słońca podczas jego formowania i na tej podstawie możemy obliczyć generację.

Moje pytanie opiera się na wieku wszechświata, wieku Słońca i średnim wieku gwiazd w galaktyce.

Zasadniczo wszechświat ma około 13,7 miliarda lat, słońce ma około 4,6 miliarda lat (i pozostało mu około 5 miliardów lat życia), co oznacza, że ​​powstało, gdy wszechświat miał około 9,1 miliarda lat.

Aby 1000 gwiazd mogło żyć w tym przedziale czasu, gwiazdy te musiałyby mieć średni okres życia wynoszący ~ 9 milionów lat (bez uwzględnienia czasu między gwiazdami). Odpowiada to każdej z tych tysięcy gwiazd o średniej masie ~ 100-150 mas Słońca, więc ich życie byłoby wystarczająco krótkie, aby nie przekroczyć tego ~ 9 milionów lat życia.

Tak więc w zasadzie było 1000 gwiazd, które żyły i umarły przed naszym Słońcem, z których wszystkie były ogromnymi potworami. To wszystko wydaje się tak nieprawdopodobne. Jak to może być?

* Programy telewizyjne, nie pamiętam które


Odpowiedzi:


124

Słońce jest w rzeczywistości gwiazdą trzeciej generacji. Rozumiem przez to, że istnieją w Słońcu pierwiastki chemiczne, które zostały utworzone wewnątrz innej gwiazdy, ale sama gwiazda mogła wytworzyć te pierwiastki tylko dlatego, że miała w sobie materiał, który musiał być również wytworzony w gwiazdach poprzedniej, drugiej generacji. W końcu wracamy do gwiazd pierwszej generacji, zrodzonych z pierwotnego gazu pochodzącego z Wielkiego Wybuchu, który nie zawierał prawie żadnych ciężkich pierwiastków (tych poza helem).

To dość kęs, więc wyjaśnię na przykładzie - baru.

W słońcu jest bar. Możemy to stwierdzić, patrząc na spektrum i widząc linie absorpcyjne z powodu baru. Ale baru nie można wytworzyć na Słońcu. Bar jest wytwarzany w procesie s , który polega na powolnym wychwytywaniu neutronów na jądro elementów piku żelaza. Dzieje się tak podczas asymptotycznej fazy gałęzi czerwonych gigantów ewolucji gwiezdnej, a Słońce ma około 6 miliardów lat, zanim dojdzie do tego punktu. [Uwaga: nawet połowa obfitości pierwiastków chemicznych poza żelazem nie jest wytwarzana przez wybuchy supernowych ]1

Tak więc przed Słońcem musiała istnieć gwiazda - prawdopodobnie gwiazda o masie pośredniej - która ewoluowała, by stać się gigantem, wytworzyła bar w swoim wnętrzu, a następnie straciła swoją otoczkę przez potężny wiatr w ośrodku międzygwiezdnym, i ten materiał został włączony w protosun. Takie gwiazdy (między, powiedzmy, 2 do 10 mas Słońca) miałyby znacznie krótsze czasy życia niż Słońce , więc mieliby dużo czasu, by mogli żyć i umrzeć, zanim Słońce się narodzi.2

Ale poczekaj chwilkę! Ta poprzednia gwiazda musiała już mieć w swoim wnętrzu elementy ze szczytem żelaza, aby działały jak „ziarno” do produkcji baru w procesie s. Nie były i nie mogły być wykonane wewnątrz tej gwiazdy. Musiały być wykonane z poprzedniej gwiazdy, prawdopodobnie masywnej gwiazdy, która przepaliła się przez wszystkie stopnie syntezy jądrowej, zanim wybuchła jako supernowa, wrzucając ciężkie pierwiastki, w tym elementy ze szczytem żelaza, do ośrodka międzygwiezdnego. Ta poprzednia gwiazda mogła mieć także własnych (bogatych w metale) przodków, ale ostatecznie cofając się w czasie, dochodzimy do punktu, w którym poprzednia gwiazda była pierwszągwiazda generacji, wykonana z pierwotnego gazu H / He, prawie bez ciężkich pierwiastków. Te pierwsze pokolenie (czyli gwiazdy III populacji, żeby się pomylić) były prawdopodobnie bardzo masywne i krótkotrwałe - kilka milionów lat. Urodziliby się, gdy wszechświat miał kilkaset milionów lat i dzisiaj nie możemy zobaczyć ich przykładów w naszej Galaktyce.

Próbować precyzyjniej zdefiniować, co rozumiem przez „generację”.

  • Pierwsza generacja - wykonana z pierwotnego materiału Big Bang.
  • Druga generacja - gwiazda wykonana jedynie z resztek umierających gwiazd pierwszej generacji, wzbogacona w ciężkie pierwiastki, ale pozbawiona pierwotnych pierwiastków s-procesowych.
  • Trzecia generacja - gwiazda wykonana z materiału już wzbogaconego w ciężkie pierwiastki i zawierająca pierwiastki wytwarzane w procesie s wewnątrz gwiazd drugiej lub trzeciej generacji.

Dlatego twierdzę, że Słońce można zaklasyfikować jako „gwiazdę trzeciej generacji” - zawiera atomy / jądra, które musiały znajdować się w co najmniej dwóch poprzednich gwiazdach.

Ale nie powinieneś brać tego zbyt dosłownie. Ziarna materiału uwięzione wewnątrz meteorytów składają się z ciał stałych, które były już obecne w materiale przedsłonecznym. Są one ważne, ponieważ uważano, że ziarna te powstały w poszczególnych zdarzeniach gwiazdowych, a ich skład izotopowy można badać. Mówią nam one, że Słońce uformowało się z materiału, który znajdował się w wielu różnych gwiazdach różnych typów.

Ewolucja gwiazd i obliczenia nukleosyntezy mówią nam tę samą historię. Na przykład, podczas gdy większość naszego tlenu została wytworzona w masywnych gwiazdach, które uległy supernowej zapadnięcia się jądra, takie wydarzenia nie wytwarzają tak dużej ilości węgla. Współczynnik C / O mówi nam, że większość naszego węgla pochodzi z wiatrów z gwiazd o masie pośredniej AGB. Ciężkie pierwiastki, takie jak uran, mogą być wytwarzane głównie w zderzeniach gwiazd neutronowych, ale inne, takie jak bar i stront, nie są.

Szczegóły, ilu przodków przyczyniło się do Słońca, nie mają prostej odpowiedzi. Znaczna część słonecznego wodoru i helu może być nieskazitelna; niektórzy przejdą więcej niż jedną gwiazdkę. Cięższe pierwiastki (poza litem) przejdą przez co najmniej jedną gwiazdę. Fakt, że mamy elementy s-process, takie jak Ba, Sr, La i Ce, które powstają w wyniku wychwytywania neutronów na elementy z pikiem żelaza, mówi nam, że przeszły one przez co najmniej dwie gwiazdy.

Są to jednak ogromne niedoszacowania. Mieszanie w ośrodku międzygwiezdnym jest dość skuteczne. Materiał wylany z supernowych i wiatrów gwiezdnych 5-12 miliardów lat temu miał dużo czasu na wymieszanie w całej Galaktyce przed narodzinami Słońca. Turbulencje i niestabilność ścinania, napędzana przez wiatry i supernowe z masywnych gwiazd, powinny rozprowadzać materiał w skali długości galaktycznej w ciągu miliarda lat lub krócej ( Roy i Kunth 1995 ; de Avillez i Mac Low 2003 ), chociaż lokalne niejednorodności związane z pobliskimi ostatnimi zdarzenia mogą trwać ponad lat. Jeśli jest to przypadek, to Słońce jest iloczynem miliardów gwiazd, które zmarły przed jego urodzeniem.108

Powodem, dla którego mylisz się ze swoim życiowym argumentem, jest to, że zignorowałeś możliwość stworzenia Słońca z gwiazd, które żyły w tym samym czasie w różnych częściach Galaktyki. Materiał, który wyrzucili pod koniec życia, został dokładnie wymieszany.

1 Reszta powstaje w procesie s w gwiazdach AGB o masie pośredniej; poprzez nowe wydarzenia na białych karłach; a może, w przypadku cięższych pierwiastków, przez zderzenie gwiazd neutronowych (patrz pytanie Physics SE ).

10 ( M / M ) - 5 / 22 Z grubsza wyrażenie określające czas życia gwiazdy to miliarda lat.10(M/M)5/2


3
To ma więcej sensu. Może to sposób, w jaki to sformułowali, sprawił, że było to mylące. Trudno to pojąć i skale czasowe tej wielkości.
Benjam

3
Więc jeśli dobrze to czytam, słońce jest częścią trzeciego pokolenia początków, ale ma miliony rodziców i miliony dziadków? (Każdy rodzic jest bezpośrednim przodkiem, bez gwiazd pośrednich)
Leliel

3
@Leliel Jest to trzecia generacja, ponieważ zawiera atomy / jądra, które musiały znajdować się w co najmniej dwóch innych gwiazdach. Rzeczywiście ma (przynajmniej) miliony rodziców. Ale pojęcie dziadka jest źle zdefiniowane. Gwiazdy, które zasilały gwiazdy macierzyste, raczej nie były gwiazdami „pierwszej generacji”. Zdaję sobie sprawę, że muszę wyjaśnić coś jeszcze. Pierwsza generacja gwiazd nie miała w sobie ciężkich pierwiastków.
Rob Jeffries

4
@RobJeffries Nie jest to więc idealna analogia. Myślę, że koncepcja rodzica gwiazdy macierzystej (dziadka) jest dobrze zdefiniowana, to każda gwiazda, która przyczyniła się do masy gwiazdy macierzystej. W przeciwieństwie do ludzi, gwiazda dziadka nie musi być wcześniejszym pokoleniem niż rodzic, a nie późniejszym pokoleniem? Bo jeśli dziadek był późniejszym pokoleniem, to prawdopodobnie część masowego wkładu w rodzica zawierałaby pewne elementy niemożliwe w poprzednich generacjach gwiazd?
Leliel,

2
Biorąc pod uwagę, że OP traktuje trochę o długości życia gwiazd i wszechświata, myślę, że przydałoby się trochę szczegółów na temat długości życia gwiazd różnych generacji.
Shane
Korzystając z naszej strony potwierdzasz, że przeczytałeś(-aś) i rozumiesz nasze zasady używania plików cookie i zasady ochrony prywatności.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.