黑洞和中子星加速它們周圍的物質(zhì)，是高能量現(xiàn)象的來源，但它們產(chǎn)生于大質(zhì)量恒星的死亡。這些恒星殘骸是前幾代恒星生存、死亡并豐富了星際介質(zhì)的最后證據(jù)

　　新浪科技訊 北京時間10月9日消息，據(jù)國外媒體報道，太陽系很可能是宇宙誕生之后數(shù)代恒星生存消亡之后才孕育形成的，前幾代天體的殘骸——白矮星、中子星和黑洞，至今仍散落在銀河系之中。如果我們在鄰近區(qū)域發(fā)現(xiàn)原始天體殘骸物質(zhì)，能證明太陽系和它們有關系嗎？目前我們尚未得出一個明確的結論。

　　與138億年“高齡”的宇宙相比，僅有幾十億年歷史的太陽系算是一個新生者，宇宙中許多恒星和行星形成時間比太陽更早，其中部分質(zhì)量較大的恒星已完成了生命歷程。當恒星誕生時，它們會以各種各樣的質(zhì)量形式出現(xiàn)，而質(zhì)量較大恒星的燃料消耗速度最快，很快就會走向滅亡。在它們死亡的時候，它們將大部分恒星物質(zhì)釋放至太空，與其他星際物質(zhì)混合在一起，可能產(chǎn)生新一代的恒星和行星，同時，死亡的恒星將留下殘骸體，例如：白矮星、中子星或者黑洞。

　　圖中是銀河系平面的一部分，由于氫原子的釋放，出現(xiàn)了恒星形成區(qū)域（圖中被標為粉紅色）。當新的恒星形成時，質(zhì)量最大的恒星會很快死亡，它們的殘留物會參與到未來的恒星形成過程中

　　那么這是否意味著當我們發(fā)現(xiàn)太陽系附近存在的恒星殘骸時，就能將這些恒星殘骸視為太陽系的“祖先天體”呢？研究人員米格爾·拉米雷斯（Miguel Ramirez）很想知道這種可能性，他指出，當距離地球最近的中子星以超新星的形式發(fā)生爆炸時，是否有可能為我們的行星狀星云提供物質(zhì)，為我們的太陽、行星以及地球生命提供必要的元素？或者更直接地講，我們是中子星和黑洞的后代嗎？

　　恒星形成區(qū)域Sh 2-106展示了一系列有趣的現(xiàn)象，包括被照亮的氣體，提供這種照明的明亮中央恒星，以及尚未被吹散的氣體的藍色反射。這個區(qū)域的不同恒星可能來自許多不同過去和世代歷史的恒星的組合

　　毫無疑問，地球人類文明的崛起，很大程度上得益于前幾代的恒星，但是附近的中子星和黑洞真的是我們的宇宙祖先嗎？讓我們來找出答案吧！

　　這張照片展示了由哈勃太空望遠鏡拍攝的開放星團ngc290。如圖所示，這些恒星呈現(xiàn)出相應的屬性、元素和行星（以及可能存在生命的可能性），因為所有的恒星在形成之前就已經(jīng)死亡了。這是一個相對年輕的開放星團，其外觀主要是大質(zhì)量的亮藍色恒星

　　恒星的誕生

　　當人們仰望晴朗漆黑的夜空時，會看到夜空中最顯著的特征就是星星，它們是我們迄今為止所能感知到的最多數(shù)量天體，在地球上，人類肉眼大約可以看到6000顆恒星，但實際的恒星數(shù)量遠不止這些。人們使用簡單的雙筒望遠鏡就能觀測到10萬多顆恒星，如果基于最好的太空探測器，例如：美國宇航局蓋亞任務，可以識別發(fā)現(xiàn)10億多顆銀河系恒星。

　　在銀河系里，總共大約有4000億顆恒星，而在可觀測的宇宙范圍內(nèi)，恒星數(shù)量可多達2萬多億顆，然而，當我們談及這些恒星從何而來時，它們似乎都有一個共同的起源。

　　圖中呈現(xiàn)的是摩根-基南光譜分類系統(tǒng)，顯示了每顆恒星的溫度范圍。現(xiàn)今絕大多數(shù)恒星都是M級恒星，在25秒差距內(nèi)只有1顆已知的O級或B級恒星。我們的太陽是一顆G級恒星。然而，在早期宇宙中，幾乎所有的恒星都是O級或B級恒星，其平均質(zhì)量是今天平均質(zhì)量的25倍。當新的恒星在大質(zhì)量區(qū)域形成時，O級或者B級恒星就會大量形成

　　現(xiàn)今宇宙中每顆恒星都是由氣體云引力坍縮而形成的，這些氣體云是由大爆炸遺留下來的氫和氦混合物，以及前幾代恒星殘骸重新注入星際介質(zhì)中形成的。這些恒星是在輻射產(chǎn)生足夠能量后才出現(xiàn)，至少有一個天體完全坍縮，足以點燃其核心的核聚變。

　　形成恒星的最后一步是激活核聚變，僅在溫度內(nèi)核（多數(shù)是氫內(nèi)核）達到400萬攝氏度才會自然發(fā)生核聚變，將質(zhì)量大約是7.5倍太陽的天體物質(zhì)聚集在一個區(qū)域，雖然質(zhì)量各不相同的物體從這些原始大型氣體云中形成，但僅有那些越過臨界質(zhì)量閾值的物體，才會最終成為擁有行星系統(tǒng)的恒星。

　　圖中是CR7星系，它是科學家最早發(fā)現(xiàn)的星系之一，被認為是第三種群恒星的所在地：宇宙中第一個形成的恒星。 后來人們確定，這些恒星不是“原始恒星”，而是缺乏金屬的恒星的一部分。 最初的恒星一定比我們今天看到的恒星更重，質(zhì)量更大，壽命更短

　　在形成太陽系的氣體云首次出現(xiàn)引力收縮之前，大約需要經(jīng)歷92億年的宇宙演變，不僅產(chǎn)生了太陽和太陽系所有行星，而且可能還同時產(chǎn)生了數(shù)千顆其他恒星。恒星的形成通常不是孤立發(fā)生的，而是在巨大爆炸中，數(shù)千甚至數(shù)十萬顆恒星同時誕生。據(jù)我們所知，星云中絕大多數(shù)恒星都是伴隨著大量恒星同時形成的。

　　圖中是大質(zhì)量恒星在其整個生命周期的解剖結構，當恒星內(nèi)核耗盡燃料時，最終形成II型超新星。聚變的最后階段是典型的硅燃燒，在超新星爆發(fā)之前，只在核內(nèi)短暫地產(chǎn)生鐵和類鐵元素。對于第一代恒星，幾乎每一顆恒星都被認為是在超新星中消亡的

　　我們的太陽是數(shù)代恒星的“結晶”

　　人們可能會想，為什么現(xiàn)今每顆恒星都含有數(shù)代原始恒星的部分物質(zhì)，尤其是如果恒星形成事件導致恒星質(zhì)量不一，例如：當恒星形成的時候，通常會出現(xiàn)以下情況：一些質(zhì)量較大的恒星；大量中等質(zhì)量恒星；大量低質(zhì)量恒星；甚至還有更多從未真正成為恒星的天體，其中包括：褐矮星和流浪行星。

　　在距離地球1.3萬光年的宇宙區(qū)域，人們無法用哈勃太空望遠鏡的分辨率看到梅西耶71星云，但這張照片應該會讓你對內(nèi)部恒星的密度和亮度有一個顯著認知。梅西耶71星云大約有90億年歷史，直徑僅27光年，金屬含量比像太陽這樣的恒星要少得多，相比之下，太陽誕生時間較晚

　　在這些誕生的恒星中，僅有大約0.1%恒星的質(zhì)量足夠大，能以超新星爆炸的方式結束生命，最終當恒星死亡時僅殘留一個黑洞或者中子星。盡管它們比其他恒星質(zhì)量更大，氫燃料更多，但它們的亮度令人難以置信，消耗燃料的速度也遠快于質(zhì)量較小的恒星。事實上，多數(shù)超大質(zhì)量恒星，其質(zhì)量是太陽質(zhì)量的數(shù)百倍，它們僅存在幾百萬年時間，然后耗盡燃料，最終消亡于災難性的超新星爆炸。

　　還有大約20%恒星在某種程度上與太陽十分相似，這些恒星會燃燒內(nèi)核的氫燃料，然后這些內(nèi)核收縮并加熱，將氦聚變成碳，與質(zhì)量更大的恒星發(fā)生過程相同。然而，不同于這些質(zhì)量更大的恒星，當類太陽恒星耗盡氦，就不會發(fā)生進一步的聚變事件，因此類太陽恒星也就不會發(fā)生超新星爆炸。

　　當質(zhì)量較低的類太陽恒星耗盡燃料時，它們會在行星狀星云中釋放其外層，但其中心會收縮形成一顆白矮星，這需要很長時間才會消失在黑暗的宇宙中。一些白矮星有幾十億年的歷史，這意味著它們的祖先恒星可能對我們太陽系的形成做出了貢獻

　　類太陽恒星走向死亡需要幾十億年時間，它們僅是逸散外層，逐漸形成行星狀星云，而恒星內(nèi)核會收縮成白矮星。

　　相比之下，質(zhì)量更小的恒星——紅矮星，完成它們的生活周期所需的時間比宇宙目前的年齡更長，事實上，盡管現(xiàn)存的恒星中有80%是紅矮星，但沒有一顆燃燒耗盡所有氫燃料。當大質(zhì)量恒星生命周期走向消亡時，將豐富周圍星際介質(zhì)，并為后代恒星做出貢獻，而小質(zhì)量恒星仍然存在著。

　　但第一代恒星就完全不同了，除了氫和氦，沒有任何可察覺的物質(zhì)，這些恒星形成過程非常困難。當然，當時的引力作用和現(xiàn)在是一樣的，核聚變也是一樣的，觸發(fā)核聚變的重要物理過程所需的溫度和密度閾值也是保持不變的。

　　然而，僅有氫和氦，這些早期恒星在能量輻射方面效率極低，這意味著它們不能像現(xiàn)代恒星那樣收縮至坍縮狀態(tài)，最終宇宙第一代恒星的質(zhì)量普遍比現(xiàn)代形成的恒星大許多，天文學家將它們稱為超級質(zhì)量恒星。

　　而宇宙中近代形成最普遍的“均質(zhì)恒星”，其質(zhì)量僅有太陽質(zhì)量的大約40%，意味著它們的壽命比太陽更長，宇宙第一代恒星出現(xiàn)的“均質(zhì)恒星”質(zhì)量是太陽質(zhì)量的10倍，而它們的壽命僅有數(shù)千萬年。最終，第一代恒星在數(shù)十億年前就完成了生命周期，它們最終以超新星爆炸結束生命，并為后代恒星的誕生豐富了氣體云。

　　一個像銀河系一樣的螺旋星系向右旋轉，而不是向左旋轉，這表明宇宙暗物質(zhì)的存在。然而，其他恒星和恒星殘留物的引力影響將擾亂任何單個恒星的運動，使長期預測幾乎是不可能的

　　在宇宙中尋找地球根源

　　現(xiàn)代宇宙中不僅充滿著恒星，而且還有大量的恒星殘留物——也就是之前幾代恒星的尸體，那些之前生存和死亡的恒星，每當我們發(fā)現(xiàn)一顆比太陽更古老的白矮星、中子星或者黑洞時，就有一種非零可能性，即它們可能是來自曾經(jīng)存在的恒星某些物質(zhì)，它們產(chǎn)生的特殊殘留物質(zhì)構成了當前的太陽、地球和太陽系所有天體。依據(jù)白矮星和中子星的演變過程，隨著它們年齡的不斷增長，其溫度和自轉會發(fā)生變化，我們可以測量單個天體，并估計其具體年齡。然而，對于黑洞我們不能這樣進行測量，我們還不知道如何可靠地確定它們的形成年代。

　　我們現(xiàn)今觀測的恒星擁有各種各樣的屬性特征：恒星質(zhì)量不一，從0.075倍太陽質(zhì)量至260倍太陽質(zhì)量；它們含有比氦更重的元素在0.001%-3%之間不等；我們所觀測的最早恒星誕生于130多億年前。

　　然而，當誕生新恒星的重大事件發(fā)生時，該事件中形成恒星僅是質(zhì)量存在差異的，但它們有相同比例的重元素（天文學家稱之為金屬豐度），以及相同的形成年齡。

　　換句話講，在我們附近尋找與太陽年齡和金屬豐度相近的其他恒星非常重要，如果我們能找到一顆年齡和金屬豐度與太陽相近的恒星，即使質(zhì)量相差很大，也有可能是由相同氣體云形成的。你甚至可能有非常聰明的想法測量恒星在星系中的運動方式，相對于太陽和其他恒星，并試圖重建46億年前它們以及地球的位置，從而證實這些天體是否起源于同一星系的相同區(qū)域。

　　同樣，你可能會打算在自家后院觀測白矮星、中子星和至少46億年歷史的黑洞，如果你能準確地測量它們在太空中的運行狀況，就能推算出46億年前它們在星系中的運行軌跡，那時太陽和其他恒星剛形成不久，甚至它們形成時間更早，觀察這些恒星的生存和死亡過程，很可能它們死亡殘骸是形成太陽系的氣體星云的一部分。

　　但如果我們遵循這個合理而直觀的觀測方法，最終得到的答案可能并不可靠，以至于我們還不如采取隨機猜測。這種方法存在一個明顯的問題：銀河系大約有4000億顆恒星，平均每隔幾十萬年，每顆恒星會抵達另一顆恒星的“近日點”，其軌道會發(fā)生明顯變化。隨著每一次微小引力“牽引”作用，恒星之前位置的不確定性就會增加，以至于推測1億年前的恒星運行狀況都是不可靠的，更不用說46億年前或者更久遠。

　　事實上，我們甚至還沒有確定任何一顆恒星或者恒星尸體殘骸，我們可以自信地認為，它們來自與太陽相同的恒星形成星云或者星團，當大量恒星都從同一個星云中形成時，就會產(chǎn)生星團，其內(nèi)部的引力相互作用導致它們在大約數(shù)億年的時間內(nèi)全部分離。許多恒星形成過程中遭受了強烈的引力牽引，以至于被驅逐出銀河系。如果沒有一幅全面而準確的銀河地圖，包含著銀河系內(nèi)恒星和恒星殘骸，我們就缺乏足夠的信息來得出一個合理的結論。

　　這是天文學和天體物理學等觀測科學遭遇的巨大挫折的一部分，我們無法通過控制實驗來研究宇宙自然演變，我們僅能獲得宇宙當前的一個快照：當這些遙遠天體的光線到達我們眼睛的時候。盡管我們了解萬有引力原理，也成功地繪制出銀河系中的天體，包括它們的三維位置和運動，但重建數(shù)十億年前天體位置遠超出了我們當前的技術能力。

　　我們可以肯定的是，現(xiàn)今宇宙中存在大量中子星、黑洞，甚至白矮星，事實上，它們對我們太陽系中的重元素都有貢獻。毫無疑問，從它們的祖先恒星死亡到太陽誕生的時間間隔越長，其中一些物質(zhì)混入星云的概率就越大，而星云就是我們的起源。

　　但是否有任何特定天體對太陽系構成具有貢獻？目前探尋該謎團遠超出了當前人類科技范圍，我們是黑洞、中子星和許多其他天體的后代，但如果我們不了解這些天體在銀河系曾經(jīng)的關鍵時間的位置，就無法確定我們的宇宙祖先是誰。

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