在我们的太阳之前怎么会有1000个恒星祖先?


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我从一些消息来源获悉*最近,太阳是第1000代恒星,这意味着基于其重元素含量,太阳先于其上千个恒星。

我知道,较早的恒星的超新星产生了较重的元素,这些元素在太阳形成时就被并入了太阳,我们可以据此计算出世代。

我的问题基于宇宙的年龄,太阳的年龄以及星系中恒星的平均年龄。

基本上,宇宙大约是137亿年,太阳大约是46亿年(还有大约50亿年的生命),这意味着它是在宇宙大约91亿年时形成的。

要使1000颗恒星在该时间段内存活,这些恒星的平均寿命必须约为900万年(不包括恒星之间的时间)。这相当于每千颗恒星的平均质量约为100-150太阳质量,因此它们的寿命将非常短,以至于不会超过900万年的寿命。

因此,基本上,有1000颗恒星在我们的太阳之前生存和死亡,所有这些都是巨大的怪物。这一切似乎都是不可能的。怎么会这样?

*电视节目,我不记得是哪一个


Answers:


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太阳实际上是第三代恒星。我的意思是说,太阳中还有一些化学元素是在另一颗恒星内部产生的,但是该恒星本身只能制造这些元素,因为其中所含的物质也必须是在上一代第二代恒星内部产生的。最终,我们回到了第一代恒星,这些恒星是由大爆炸产生的原始气体所产生的,而这些大爆炸几乎根本不含重元素(氦以外的元素)。

那是一个相当大的数目,所以让我用一个例子来解释-钡。

太阳下​​有钡。我们可以通过观察光谱并观察到钡引起的吸收线来说明这一点。但是钡不能在阳光下制造。钡是通过s过程制成的,该过程涉及将中子缓慢俘获到铁峰元素的原子核上。这发生在恒星演化的渐近红色巨型分支阶段,而太阳到达这一点还需要60亿年左右的时间。[注意:超新星爆炸甚至不会产生铁以外的大量化学元素。]1

因此,在太阳出现之前,必定存在一颗恒星-可能是中间质量恒星-逐渐演变成巨型恒星,在其内部制成钡,然后通过大风进入星际介质而失去了包膜,并结合了该物质进入原生。这样的恒星(介于2至10个太阳质量之间)的寿命比太阳短得多,因此它们有足够的时间在太阳诞生之前生存和死亡。2

但是请稍等!先前的恒星内部必须已经具有铁峰元素,才能作为钡的S加工生产的“种子”。这些不是,也不可能在那颗恒星内制成。它们一定是在先前的恒星中制造的,可能是一颗巨大的恒星,它燃烧了整个核聚变阶段,然后爆炸成超新星,将重元素(包括铁峰元素)投射到星际介质中。前一颗恒星也可能有其自己的(富含金属的)祖先,但最终随着时间的推移,我们到达了前一颗恒星为一颗恒星的地步一代恒星,由原始H / He气体制成,几乎没有重元素。这些第一代(又叫III类人口恒星,可能令人困惑)可能非常庞大且寿命短-几百万年。它们将在宇宙存在几亿年之前诞生,而我们今天的银河中看不到任何实例。

尝试更精确地定义“一代”的含义。

  • 第一代-由原始的大爆炸材料制成。
  • 第二代-仅由垂死的第一代恒星的碎屑制成的恒星,富含重元素,但缺乏主要的S过程元素。
  • 第三代-由已经富含重元素的材料制成的恒星,包括在第二代(或第三代)内的s过程中产生的元素。

因此,这就是为什么我声称太阳可以归类为“第三代恒星”的原因-它包含的原子/核必须至少存在前两颗恒星之内。

但是您不应该从字面上看。在陨石内部有一些材料的颗粒,这些颗粒由前太阳能材料中已经存在的固体组成。这些很重要,因为据认为这些晶粒是在个别的恒星事件中形成的,并且可以研究其同位素组成。这些告诉我们,太阳是由许多不同类型的恒星内部的物质形成的。

恒星的进化和核合成的计算告诉了我们同样的故事。例如,虽然我们大部分的氧气是由经历了核心坍缩超新星的大质量恒星产生的,但此类事件并不会产生那么多的碳。C / O比告诉我们,我们的大部分碳都是来自中等质量AGB恒星的风。中子星碰撞可能主要产生重元素,如铀,而钡和锶等重元素则不会。

关于多少祖先为太阳做出贡献的细节,没有简单的答案。太阳的大部分氢和氦可能是原始的。有些人已经经历了不止一颗星。较重的元素(不含锂)至少会穿过一颗恒星。我们具有诸如Ba,Sr,La和Ce之类的S过程元素的事实,这些元素是通过中子俘获到铁峰元素上而形成的,它告诉我们这些过程元素至少是通过两颗恒星形成的。

然而,这些庞大的低估。在星际介质中混合是相当有效的。从5到120亿年前的超新星和恒星风喷出的物质在太阳诞生前有足够的时间混合整个银河系。湍流和剪切不稳定性是由大质量恒星的风和超新星驱动的,它们应该在十亿年或更短的时间内以银河系长度尺度分布物质(Roy&Kunth 1995 ; de Avillez&Mac Low 2003),尽管局部不均匀性与附近的不均匀性有关。事件可以持续年。如果真是这样,那么太阳就是在诞生前死亡的十亿颗恒星的产物。108

您对终生论点感到困惑的原因是,您忽略了太阳是由同时生活银河系不同部位的恒星构成的可能性。他们快要寿终正寝地喷出的物质已经完全混匀了。

1其余部分是通过s过程在中等质量AGB星中产生的;通过白矮星的新星事件;或者,对于较重的元素,可能是由于中子星的碰撞(请参阅Physics SE问题)。

2恒星生命周期的粗略表述是十亿年。10(M/M)5/2


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这更有意义。也许正是他们措辞的方式令人困惑。如此规模的时间尺度很难理解。
杰姆(Benjam)2016年

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因此,如果我没看错的话,太阳是第三代创业的一部分,但它拥有数百万的父母和数百万的祖父母?(每个父母都是直接祖先,没有中间星)
Leliel

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@Leliel这是第三代,因为它包含必须位于至少另外两颗恒星内部的原子/核。确实,它(至少)有数百万的父母。但是祖父母的概念是不明确的。送入母恒星的恒星本身不太可能是“第一代”恒星。我意识到还有一些其他事情需要澄清。第一代恒星内部没有重元素。
罗布·杰弗里斯

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@RobJeffries那不是一个完美的比喻。我认为母星(祖父母)的父母的概念定义明确,它是对母星贡献质量的任何恒星。与人类不同,不是要求祖父母的恒星比父母早,而不是后代吗?因为如果祖父母是后代,那么对父母的某些物质贡献可能包含某些在前几代恒星中不可能发生的元素?
Leliel

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考虑到OP涉及恒星和宇宙的寿命,我认为详细介绍不同世代恒星的寿命将很有用。
Shane
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