知乎日报 ( ) • 2024-04-17 10:47
昙花再现,昙花一现又再现,此中真意已惘然。 查看知乎原文

完全没有办法。

1、许多人对太阳系的形成有个误解。

当他们听说太阳是第二代恒星之后,就自动脑补出了一颗第一代恒星,在它寿终正寝,发生超新星爆发之后,从爆炸的灰烬中诞生了太阳。

这就好比老王杀了头猪,把猪肉全都偷偷送给隔壁小李的老婆吃了,小李知道后就起了疑心:

“吃这么多猪肉,我老婆的身体会不会全由这头猪构成?”

猪身上的一些物质,确实通过消化系统进入小李老婆体内,但她的身体并不会全都来自这头猪。她以前吃的各种食物,都对她的身体成分有所贡献。

太阳也是如此。太阳形成于星云(我们可以称之为太阳星云)中,这个星云富含超新星爆发后产生的金属,但这并不代表该星云全是某个具体的超新星爆发的余烬,它实际上是一个由宇宙形成以来各个时期的物质混合而成的大杂烩,可能既包含宇宙最初的原始星际物质,也包含许多第一代恒星的残骸,甚至第二代、第三代恒星残骸。

下图为著名的恒星形成区——鹰星云(M16)中的“创生柱”。

鹰星云(M16)中的“创生柱”。图片来源:维基百科

鹰星云中已经诞生了至少 460 颗恒星,并且很可能还有数以百计的恒星正在形成中。这几根“柱子”长约 1 光年,但那只是整个星云的一小部分。

试问哪一颗恒星的爆发能产生如此多的灰烬?

2、虽然太阳系的金属,并不都来源于某一颗特定的恒星灰烬,但太阳系的诞生,较大概率还是和某一颗具体的超新星爆发有关。

我们知道,星云虽然质量十分巨大,但密度非常低——比人类在地球上所创造过的最高度的真空密度还要低。这样低密度的物质要单纯靠引力坍缩成恒星,其过程是十分漫长的——气体的热运动会对抗引力坍缩。

因此在没有外界干扰的情况下,星云只能通过辐射缓慢消耗能量、降低温度后才能坍缩,这也许得等到天荒地老。

但是如果因为某种原因,星云中某个足够大的区域出现了一定的扰动,形成局部高密度区,那么这个高密度区就有可能成为引力中心,从而得以快速坍缩。

【【【【【参考阅读,没兴趣可跳过,不影响后续部分的理解:

具体地,一个具有特定尺度 L 和温度 T 的星云,当其密度ρ大于等于金斯密度 时,会发生坍缩:

式中 M 为星云质量, 为玻尔兹曼常数,G 为万有引力常数。

换个角度看,还可以定义金斯长度:

当密度扰动区域大于金斯长度时,会发生坍缩。】】】】】

要形成足够大的高密度区,最主要的方式之一,就是靠降龙十八掌(大雾)。

啊不,是靠超新星爆发的冲击波压缩。

因此太阳系的形成,大概率还是可以关联到当初的某一颗超新星爆发的。如果说太阳星云是太阳的“母亲”,那颗压缩了太阳星云的超新星可以算是“太阳之父”。

那么问题来了,这个把太阳星云肚子搞大了的(懵)“太阳之父”,到哪里去了呢?

@刘博洋 的这个回答中,分析了在超新星爆发中,爆发后的中子星,大概率会被高速踢飞,迅速逃离作案(划掉)爆发现场:

为什么星团中形成的白矮星和黑洞会留在星团中,而中子星会被踢出星团?

黑洞虽然不如中子星那么长腿善跑,但它的形成多少也会获得一些动能,仍然跑得比记者还快,时间一长警察也找不到它了。

3、万一这颗中子星或黑洞就是心大,作案后仍傻乎乎呆在原地呢?

我们知道,银河系是一个棒旋星系,而太阳系位于其中一条旋臂附近。

棒旋星系是螺旋星系的一类。不同于椭圆星系内的恒星那样不遵守交通规则,到处乱转,螺旋星系内的大多数恒星,尤其是星系盘(包含旋臂)内的恒星,总的来说是遵守星系基本法的,它们会沿着一条盘面内的圆形或椭圆轨道,按相同的方向绕星系核心公转。

即便如此,你也不能指望这些恒星会像阅兵式上的士兵那样排列整齐、步调一致。由于恒星实在太多,在引力摄动下的复杂多体问题会导致混沌,它们除了共同的公转以外,恒星之间还有杂乱无章的相对运动。

对于银河系而言,除去那些上千 Km/s 级的超高速星、上百 Km/s 级的高速星以外,大多数恒星之间的相对速度大约在数十 Km/s 量级。

我们就按最低 10Km/s 来计算,假设那个导致了太阳系形成的超新星残骸——不管它是黑洞还是中子星——与太阳的相对速度是 10Km/s,那么从太阳系 46 亿年前形成以来,它们之间最多可以分开多远呢?简单计算后得到:15.3 万光年。

当然,考虑到银河系的尺寸,两者的距离实际上不可能有 15 万光年那么远,因为无论是那颗中子星(或黑洞)还是太阳,都受银河系引力约束,只能在轨道上绕银心公转。也许太阳转了 22 圈,中子星转了 23 圈半,它在银心的对面;又或许一个转了 24 圈整,一个转了 21 圈整,它目前正好在太阳系附近——但我们已经没有办法认出它了!

4、我们还有别的破案手段吗?

对于恒星来历的鉴别,宇宙警察(划掉)天文学家们还真有一套颇为给力的手段。

我们先来学习一下几个概念:

疏散星团,是由同一个巨分子云中的数百颗至数千颗恒星形成的集团。在银河系中发现的疏散星团已经超过 1,100 个,并且被认为还存在更多。它们环绕着银河中心运转时,只靠着微弱的引力吸引维系在一起,并且很容易因为与其它集团或气体云的近距离接触而瓦解。疏散星团的寿命通常只有几亿年,但少数质量特别大的可以存活数十亿年。

运动群:在空间中有着相似的运动和年龄的一组恒星称为运动群。大部分的恒星诞生于被称为恒星苗圃的分子云内。在这样的云气中形成的恒星受到重力的约束构成疏散星团,包含数打至数千颗年龄和组成都相似的恒星。这些星团随着时间逐渐溃散,成群的恒星从星团中逃逸,彼此不再互相的约束对方,便成为星协。随着这些恒星年龄的增长和散开,这些星协不再是显而易见时,它们就成为移动星群
如果恒星是运动群的成员,天文学家是可以测量出来的,因为它们有着相同的年龄、金属量和运动(径向速度和自行)。虽然后来它们被潮汐力分散开来,但是运动群的成员在同一个星云内相近的地区和相同的时间形成,它们会共享相同的特性。

(以上均摘自维基百科)

a、从前面介绍的鹰星云可以看出,一个星云通常不会只形成一颗恒星,一颗恒星通常也不会孤零零地诞生,星云生仔都是一窝一窝地生的,这些恒星在初期会组成一个疏散星团。

随着时间的推移,各种扰动会打破星团内恒星之间脆弱的引力约束,它们会逐渐地散开。

但毕竟还是亲兄弟,就算分家,还是有一点点亲(引)情(力)作为纽带,所以散开不是像爆炸一样四散奔逃,而是缓缓地渐行渐远渐无书……这会导致它们之间在轨迹上比较相似,对于散开时间不太长的移动星群,天文学家可以反推它们过去的轨迹而判断出它们可能来自何处。

然而遗憾的是,太阳可能形成于一个较小的疏散星团,它们没能维持数十亿年,而是早早地作鸟兽散了。太阳已经有 46 亿年历史,它的“兄弟姐妹”已经分开太久远,我们已经无法通过恒星运动来确定哪些恒星是太阳当年的“亲人”。

b、对于星协、移动星群的判断,仅仅有恒星运动学数据是不够的,更重要的证据来自于恒星光谱学。

通过研究恒星光谱,可以了解恒星的组成成分——元素及其含量,以及恒星的年龄等等。

来自同一星云的恒星,会有大体相同的成分:元素构成及比例,以及相近的年龄。

这就好比鉴别一群孩子是不是兄弟姐妹,可以利用基因技术。

但是,光谱分析方法不能用于中子星和黑洞的鉴识。

在中子星,强大的引力已经摧毁了元素,各种原子核都已经不存在,它们被压成了中子。

而所有的中子都是全同的,我们无法判断某个中子是来自氧原子还是碳原子。这就如同废钢铁被重新炼成钢后,我们无法判断里面的铁原子曾经属于奔驰车还是宝马车。

至于黑洞就更不用提了,且不论在黑洞里物质会变成什么形式,仅仅黑洞不发光这一条,就导致没有光谱供我们研究。

总之,由于案件过于古老,现场已经破坏,那个“太(强)阳(奸)之(犯)父”早已逃得无影无踪,我们无法追踪其脚印,又提取不到他的 DNA,所以此事只能不了了之……