ก่อนบรรพบุรุษของเราจะมีดวงดาว 1,000 ดวงได้อย่างไร


69

ฉันได้ยินมาจากแหล่งข่าวไม่กี่แห่ง*เมื่อเร็ว ๆ นี้ว่าดวงอาทิตย์เป็นดาวฤกษ์รุ่นที่ 1,000 ซึ่งหมายความว่ามันมีดาวนับพันดวงที่มาก่อนหน้านั้นโดยยึดตามเนื้อหาองค์ประกอบหนัก

ฉันเข้าใจว่าซุปเปอร์โนวาดาวก่อนหน้านี้สร้างองค์ประกอบที่หนักกว่าและสิ่งเหล่านั้นถูกรวมเข้ากับดวงอาทิตย์เมื่อมันก่อตัวขึ้นและเราสามารถคำนวณการกำเนิดตามนั้น

คำถามของฉันขึ้นอยู่กับอายุของจักรวาลและอายุของดวงอาทิตย์และอายุเฉลี่ยของดาวในกาแลคซี

โดยพื้นฐานแล้วจักรวาลมีอายุประมาณ 13.7 พันล้านปีดวงอาทิตย์มีอายุประมาณ 4.6 พันล้านปี (และเหลือชีวิตอีกประมาณ 5 พันล้านปี) ซึ่งหมายความว่ามันก่อตัวขึ้นเมื่อเอกภพมีอายุประมาณ 9.1 พันล้านปี

สำหรับ 1,000 ดาวที่จะอยู่ในช่วงเวลานั้นดาวเหล่านั้นจะต้องมีอายุเฉลี่ยประมาณ 9 ล้านปี (ไม่รวมเวลาระหว่างดาว) นี่เท่ากับดาวแต่ละพันดวงที่มีมวลโดยเฉลี่ยประมาณ 100-150 เท่าของดวงอาทิตย์ดังนั้นชีวิตของพวกเขาจะสั้นพอที่จะไม่ไปตลอดอายุประมาณ 9 ล้านปี

โดยพื้นฐานแล้วมี 1,000 ดาวที่มีชีวิตและตายต่อหน้าดวงอาทิตย์ของเราทุกคนล้วนเป็นสัตว์ประหลาดขนาดใหญ่ ทั้งหมดนี้ดูเหมือนจะเป็นไปไม่ได้เลย สิ่งนี้จะเป็นอย่างไร

* รายการทีวีฉันจำไม่ได้ว่ารายการไหน


คำตอบ:


124

ดวงอาทิตย์เป็นจริงสามดาวรุ่น สิ่งที่ฉันหมายถึงคือมีองค์ประกอบทางเคมีในดวงอาทิตย์ที่ถูกสร้างขึ้นภายในดาวดวงอื่น แต่ดาวนั้นสามารถสร้างองค์ประกอบเหล่านั้นได้เพราะมันมีวัตถุอยู่ในนั้นซึ่งจะต้องมีการสร้างขึ้นภายในดาวรุ่นที่สองก่อนหน้านี้ ในที่สุดเราก็กลับไปสู่ดาวฤกษ์รุ่นแรกที่เกิดจากแก๊สดั่งเดิมจากบิ๊กแบงที่ไม่มีองค์ประกอบหนักใด ๆ (ที่นอกเหนือจากฮีเลียม) เลย

นั่นเป็นคำหนึ่งที่ฉันขออธิบายโดยใช้ตัวอย่าง - แบเรียม

มีแบเรียมในดวงอาทิตย์ เราสามารถบอกได้ว่าโดยการดูสเปกตรัมและมองเห็นเส้นดูดซับเนื่องจากแบเรียม แต่แบเรียมไม่สามารถทำในดวงอาทิตย์ได้ แบเรียมทำผ่านกระบวนการ sซึ่งเกี่ยวข้องกับการจับนิวตรอนอย่างช้าๆไปยังนิวเคลียสของธาตุเหล็กสูง สิ่งนี้เกิดขึ้นในช่วงการวิวัฒนาการของดาวฤกษ์แดงที่ไม่มีซีมโทติคและดวงอาทิตย์มีอายุ 6 พันล้านปีก่อนที่มันจะถึงจุดนั้น [หมายเหตุ: องค์ประกอบทางเคมีที่เกินกว่าครึ่งจะไม่ถูกผลิตโดยการระเบิดของซุปเปอร์โนวา ]1

ดังนั้นก่อนที่ดวงอาทิตย์จะต้องมีดาวฤกษ์หนึ่งซึ่งอาจจะเป็นดาวมวลกลางซึ่งกลายมาเป็นดาวฤกษ์ขนาดยักษ์ทำให้แบเรียมอยู่ด้านในจากนั้นก็สูญเสียซองจดหมายผ่านลมขนาดใหญ่ไปสู่ตัวกลางระหว่างดวงดาวและวัสดุนั้นได้ถูกรวมเข้าด้วยกัน เข้าไปใน protosun ดาวดังกล่าว (ระหว่าง, พูด, 2 และ 10 ดวงอาทิตย์) จะมีช่วงชีวิตที่สั้นกว่าดวงอาทิตย์มากดังนั้นจึงมีเวลาเหลือเฟือสำหรับพวกเขาที่จะมีชีวิตอยู่และตายก่อนดวงอาทิตย์เกิด2

แต่เดี๋ยวก่อน! ที่ก่อนหน้านี้ดาวจะต้องมีอยู่แล้วมีองค์ประกอบธาตุเหล็กสูงสุดในการตกแต่งภายในที่จะทำหน้าที่เป็น "เมล็ดพันธุ์" สำหรับการผลิต S-กระบวนการของแบเรียม สิ่งเหล่านี้ไม่สามารถทำได้ภายในดาวดวงนั้น พวกมันจะต้องถูกสร้างขึ้นในดาวดวงก่อนหน้าซึ่งอาจจะเป็นดาวมวลสูงที่ถูกเผาในช่วงนิวเคลียร์ฟิวชั่นทั้งหมดก่อนที่จะระเบิดเป็นซูเปอร์โนวาหล่อองค์ประกอบขนาดใหญ่รวมถึงธาตุเหล็กสูง ดาวดวงก่อนหน้านี้อาจมีบรรพบุรุษ (โลหะรวย) ของตัวเอง แต่ท้ายที่สุดเมื่อเราย้อนเวลากลับไปถึงจุดที่ดาวก่อนหน้าเป็นดวงแรกเจเนอเรชั่นสตาร์ทำจากก๊าซ H / He ดั่งเดิมโดยแทบไม่มีองค์ประกอบใดเลย คนรุ่นแรก (หรือที่รู้จักว่าประชากร III ดาวเพื่อสร้างความสับสน) อาจมีขนาดใหญ่มากและมีอายุสั้นเพียงไม่กี่ล้านปี พวกเขาจะเกิดเมื่อจักรวาลมีอายุไม่กี่ร้อยล้านปีและเราไม่เห็นตัวอย่างของพวกมันในกาแลคซีของเราในวันนี้

หากต้องการลองกำหนดสิ่งที่ฉันหมายถึงโดย "รุ่น" อย่างแม่นยำยิ่งขึ้น

  • รุ่นแรก - ทำจากวัสดุบิ๊กแบงดั้งเดิม
  • เจนเนอเรชั่นที่สอง - ดาวฤกษ์ที่สร้างจากเศษซากของดาวฤกษ์รุ่นแรกซึ่งอุดมด้วยธาตุหนัก แต่ขาดองค์ประกอบหลักของกระบวนการ
  • รุ่นที่สาม - ดาวที่ทำจากวัสดุที่ได้รับการเสริมในองค์ประกอบที่มีน้ำหนักมากและรวมถึงองค์ประกอบที่ผลิตในกระบวนการ s ภายในดาวรุ่นที่สอง (หรือสาม) ก่อนหน้านี้

นั่นคือเหตุผลที่ฉันอ้างว่าดวงอาทิตย์สามารถจัดอยู่ในประเภท "ดาวฤกษ์รุ่นที่สาม" - ประกอบด้วยอะตอม / นิวเคลียสที่ต้องอยู่ในดาวอย่างน้อยสองดวงก่อนหน้านี้

แต่คุณไม่ควรใช้สิ่งนี้อย่างแท้จริง มีเศษวัสดุที่ติดอยู่ภายในอุกกาบาตซึ่งประกอบด้วยของแข็งที่มีอยู่แล้วในวัสดุ pre-solar สิ่งเหล่านี้มีความสำคัญเนื่องจากเมล็ดเหล่านี้ถูกคิดว่าเกิดขึ้นในเหตุการณ์ที่เป็นตัวเอกของแต่ละบุคคลและสามารถศึกษาองค์ประกอบของไอโซโทปได้ เหล่านี้บอกเราว่าดวงอาทิตย์เกิดขึ้นจากวัสดุที่ได้รับภายในหลายดาวที่แตกต่างกันชนิดที่แตกต่างกัน

วิวัฒนาการของดาวฤกษ์และการคำนวณนิวคลีโอซินบอกเราเรื่องเดียวกัน ตัวอย่างเช่นในขณะที่ออกซิเจนส่วนใหญ่ของเราถูกสร้างขึ้นในดาวฤกษ์ขนาดใหญ่ที่มีซุปเปอร์โนวายุบตัวลง แต่เหตุการณ์ดังกล่าวไม่ได้ทำให้เกิดคาร์บอนมากนัก อัตราส่วน C / O บอกเราว่าคาร์บอนส่วนใหญ่ของเรามาจากลมจากดาว AGB ที่มีมวลปานกลาง องค์ประกอบที่หนักเช่นยูเรเนียมอาจถูกสร้างขึ้นอย่างโดดเด่นในการชนของดาวนิวตรอน แต่ธาตุอื่น ๆ เช่นแบเรียมและสตรอนเทียมไม่ได้เป็นเช่นนั้น

รายละเอียดของบรรพบุรุษที่ร่วมให้ข้อมูลกับดวงอาทิตย์นั้นไม่มีคำตอบง่ายๆ ไฮโดรเจนโซลาร์และฮีเลียมส่วนใหญ่นั้นอาจบริสุทธิ์ บางคนจะผ่านดาวมากกว่าหนึ่งดวงได้ องค์ประกอบที่หนักกว่า (ลิเทียมบางตัว) จะผ่านดาวอย่างน้อยหนึ่งดวง ความจริงที่ว่าเรามีองค์ประกอบ s-process เช่น Ba, Sr, La และ Ce ซึ่งเกิดจากการจับนิวตรอนไปยังองค์ประกอบที่เป็นจุดสูงสุดของเหล็กบอกเราว่ามันผ่านดาวอย่างน้อยสองดวง

แต่เหล่านี้เป็นใหญ่ดูถูก การผสมในตัวกลางระหว่างดวงดาวนั้นมีประสิทธิภาพพอสมควร วัสดุที่พ่นออกมาจากซูเปอร์โนวาและลมดวงดาวเมื่อประมาณ 5-12 ล้านล้านปีก่อนมีเวลามากมายในการผสมทั่วกาแล็กซี่ก่อนที่ดวงอาทิตย์จะบังเกิด ความไม่แน่นอนของความปั่นป่วนและแรงเฉือนซึ่งขับเคลื่อนโดยลมและซุปเปอร์โนวาจากดาวฤกษ์ขนาดใหญ่ควรแจกจ่ายวัสดุบนเกล็ดที่มีความยาวกาแลคซีในระยะเวลาหนึ่งพันล้านปีหรือน้อยกว่า ( Roy & Kunth 1995 ; de Avillez & Mac Low 2003 ) เหตุการณ์สามารถคงอยู่นานกว่าปี หากเป็นกรณีนี้ดวงอาทิตย์เป็นผลิตภัณฑ์ของพันล้านดวงที่เสียชีวิตก่อนเกิด108

เหตุผลที่คุณสับสนกับการโต้แย้งตลอดชีวิตก็คือคุณไม่สนใจความเป็นไปได้ของดวงอาทิตย์ที่เกิดขึ้นจากดวงดาวที่อาศัยอยู่ในเวลาเดียวกันในส่วนต่าง ๆ ของกาแล็กซี่ เนื้อหาที่พวกเขาขับออกมาใกล้จะจบลงได้ถูกนำมาผสมกันอย่างทั่วถึง

1ส่วนที่เหลือผลิตโดยกระบวนการ s ในดาวกลาง AGB ที่มีมวลมาก ผ่านเหตุการณ์โนวาบนดาวแคระขาว หรือบางทีในกรณีขององค์ประกอบที่หนักกว่าผ่านการชนกันของดาวนิวตรอน (ดูคำถามฟิสิกส์ SE นี้ )

2นิพจน์คร่าวๆสำหรับอายุของดาวคือพันล้านปี10(M/M)5/2


3
นั่นทำให้รู้สึกมากขึ้น บางทีมันอาจเป็นเพียงวิธีที่พวกเขาใช้พูดซึ่งทำให้เกิดความสับสน ขนาดและเวลาของขนาดนี้ยากที่จะเข้าใจ
Benjam

3
ดังนั้นถ้าฉันอ่านอย่างถูกต้องดวงอาทิตย์เป็นส่วนหนึ่งของการเริ่มยุคที่สาม แต่มันมีพ่อแม่หลายล้านคนและปู่ย่าตายายหลายล้านคน? (ผู้ปกครองแต่ละบรรพบุรุษโดยตรงโดยไม่มีดาวกลาง)
Leliel

3
@Leliel มันเป็นรุ่นที่สามเพราะมันมีอะตอม / นิวเคลียสที่ต้องอยู่ในดาวอย่างน้อยสองดวง แท้จริงแล้วมันมีพ่อแม่นับล้านคน แต่แนวคิดของความเป็นปู่ย่าตายายนั้นไม่ชัดเจน ดาวที่ป้อนเข้าสู่ดาวฤกษ์แม่ไม่น่าจะเป็นดาว "รุ่นแรก" ได้ ฉันรู้ว่ามีบางสิ่งเพิ่มเติมที่ฉันต้องทำให้ชัดเจน ดาวรุ่นแรก ๆ ไม่มีองค์ประกอบที่หนักอยู่ในนั้น
Rob Jeffries

4
@ RobJeffries ไม่ใช่การเปรียบเทียบที่สมบูรณ์แบบแล้ว ฉันคิดว่าแนวคิดของผู้ปกครองของดาวฤกษ์แม่ (ปู่ย่าตายาย) นั้นถูกกำหนดไว้อย่างดีมันเป็นดาวใด ๆ ที่ให้มวลแก่ดาวแม่ ต่างดาวกับปู่ย่าตายายไม่จำเป็นต้องเป็นรุ่นก่อนหน้ามากกว่าพ่อแม่ แต่ไม่ใช่รุ่นต่อ ๆ ไป? เพราะถ้าปู่ย่าตายายเป็นรุ่นต่อ ๆ ไปมีแนวโน้มว่าการมีส่วนร่วมจำนวนมากของผู้ปกครองน่าจะมีองค์ประกอบบางอย่างที่เป็นไปไม่ได้ในดารารุ่นก่อน ๆ
Leliel

2
เมื่อพิจารณาจาก OP พบว่าอายุขัยของดวงดาวและจักรวาลนั้นสั้นนิดหน่อยฉันคิดว่าการลงรายละเอียดเล็กน้อยเกี่ยวกับอายุขัยของดวงดาวจากรุ่นต่าง ๆ นั้นจะมีประโยชน์
เชน
โดยการใช้ไซต์ของเรา หมายความว่าคุณได้อ่านและทำความเข้าใจนโยบายคุกกี้และนโยบายความเป็นส่วนตัวของเราแล้ว
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.