一直以来,很多人都有这样的疑问:既然我们的太阳是超新星爆发产生的,那么这个超新星的核心残骸或者说爆发后残留的星体去哪了呢?在我们的太阳系中为什么找不到呢?
要想了解超新星爆发,咱们先底说说最著名的超新星爆发遗迹-蟹状星云。在公元1054年7月4日清晨,宋朝的天文官员突然间发现东方天关的位置出现了一颗星,白色中间带着一点微红。这颗星一直亮了23天,然后开始变暗。但是在之后一年零10个月的时间里,人们依然可以在晚上观测到它,因为这是神奇的天文现象,就被记载到《宋会要稿》这部官方著作里。
蟹状星云离太阳系的距离为6500光年,说明产生蟹状星云的超新星是在大约7400年前爆发的。光经过了6500年于北宋年间到达了地球,这种时空尺度在整个宇宙中就非常小了。所以,从某种意义上可以说,蟹状星云是我们的邻居,因为蟹状星云距离近,所以人类对它的观测非常多。
在NASA提供的一张照片里,我们可以很清楚地看到位于星云正中的钟中子星。这颗中子星正是超新星爆炸后留下的残骸。他的直径只有30公里,相当于北京市三环路的直径,但是重量却达到了惊人的1.4-2倍的太阳质量。每隔33毫秒,它就发射一次辐射脉冲,能量的释放速率相当于太阳的10万倍。
2005年哈勃空间望远镜连续拍摄了11张蟹状星云的图片,可以很直观地看到中子星发出的赤道风,猛烈地冲击着星云的丝状结构,就像荡出一阵阵的涟漪。这张照片的空间尺度横跨了六个光年的距离,在这么巨大的范围内,星辰物质被一颗直径只有北京三环大小的星球吹成了这个样子。这颗中子星拥有着恐怖的巨大能量。
如果我们的太阳系产生于一次超新星的爆发,那么残留的中子星在哪里呢?可以肯定,中子星一定不在太阳系里。如果太阳系里隐藏着一颗中子星,那立马就会变成人间地狱,在这么强大的辐射下,根本不可能产生生命。要想寻找那颗失踪的中子星,我们就先要回答为什么科学家认为太阳产生于超新星的爆发呢?
有一个非常重要的判断标准:只有超新星爆发才能产生重元素。重元素并非宇宙初始时就存在。在宇宙大爆炸之后的一段时间里,空间中只有两种元素:氢和氦。
宇宙中第一批恒星的能量完全来自氢聚变成氦。随着恒星中的氦逐渐耗尽,恒星开始坍缩。温度和压力进一步升高,碳、氧聚变生成硅。当聚变到排列第26位的铁元素形成时,恒星将遭受致命的破坏,因为铁元素的结构非常稳定。它在聚变时不释放能量。膨胀的恒星将因核心失去支撑而坍塌,形成超新星爆炸。此时铁元素在极高的温度和压力下,与自由中子、自由电子、质子和其他原子核发生核反应,产生出92号元素铀之前的所有重元素。并随着超新星爆发将这些元素扩散到宇宙空间,这就是宇宙中重元素的来源。
我们的太阳系属于一个金属丰度较高的恒星系。科学家认为太阳系很可能经历过多次超新星爆发。而且还可能不止一次,也许我们的太阳是第三代超新星爆发的产物。因为恒星越大,寿命就越短。质量相差3倍,寿命就差750倍,太阳的寿命是100亿年,而质量比太阳大三倍的恒星寿命只剩下1300万年左右。
让我们设想一下:第一代恒星可能体积很大,但寿命非常短,只有1000多万年。它爆炸后的物质形成了第二代恒星,这些恒星虽然小一些,但比太阳大得多。经过几十亿年后,它们也死亡了,形成了今天的太阳。
但是并非所有恒星在死亡后都会产生中子星。根据印裔美国天文学家钱德拉赛塔的推论,恒星的死亡可以分为三种状态:
当恒星核心质量小于太阳的1.44倍时,恒星演化为白矮星。白矮星是一种低光度、高密度、高温度的天体,表面温度约为8000K,寿命可达数十亿年甚至上千亿年。最终,白矮星会变成完全冷却的不发光的星体。
核心质量大于1.44倍但小于三倍太阳质量的恒星在超新星爆发后会形成中子星,类似于我们的邻居蟹状星云。
核心质量超过三倍太阳质量的恒星在超新星爆发后会形成黑洞。
最后,附上一张哈勃太空望远镜拍摄的鹰星云内星际气体和尘埃的影像,被评定为哈勃太空被评定为哈勃太空望远镜已经拍摄的最壮观的前十张影片之一。
回到我们的太阳系。大约在距今45.7亿年前,因为分子云中一小块引力塌缩引发了奇特的反应,随着星云浓缩其中的原子相互碰撞的频率增高,动能逐渐转化为热能。经过约10万年的时间,在引力、气体压力、磁场力和转动惯性的相互竞争下,收缩的星云扁平化形成了一个直径约200个天文单位的原行形盘,并在中间形成了一个热致密的原恒星,那就是我们的太阳。
太阳系中的诸多天体都是太阳星云的产物,物质在行星盘上不断相撞袭击,最终形成了行星。在太阳形成的300万到1000万年之间,年轻的太阳的太阳风吹散了原星盘内剩下的气体和尘埃,将它们吹向星际空间,从而结束了行星的生长。
原始超新星爆发后的中子星或黑洞去了哪里呢?他不是应该像蟹状星云中的中子星一样留在星云的中间。然而,这种误解主要是因为没有考虑时间的变化。在恒星这样大的天体尺度上,必须给予足够的时间进行演变的推算。从地球的时间角度来看,蟹状星云自爆发到今天还不到1000年的时间。然而,蟹状星云极其巨大,直径接近11个光年,比创生支柱的5光年要大上一倍还多。因此,不是中子星留在了星云的中间,而是它还没有来得及离开蟹状星云。
以我们的太阳为例,它以每秒250公里的速度绕着银心运转。超新星爆炸的10万年后,也就是星云刚刚开始孕育原始太阳的时候,这团星云已经离开爆炸地点83光年之远了。现在的太阳已经46亿岁,围绕着银心旋转了20圈。至于那颗与太阳同宗同门的中子星,早就不知道跑到哪里去了。或许将来有一天,科技大发展,人类最终能够找到那颗星球。