Как может быть 1000 звездных предков до нашего Солнца?

Недавно я услышал из нескольких источников * , что Солнце является звездой 1000-го поколения, что означает, что ему предшествовала тысяча звезд, основываясь на содержании в нем тяжелых элементов.

Я понимаю, что сверхновые более ранних звезд создали более тяжелые элементы, и они были включены в Солнце, когда оно формировалось, и мы можем рассчитать генерацию на основе этого.

Мой вопрос основан на возрасте Вселенной, возрасте Солнца и среднем возрасте звезд в галактике.

По сути, Вселенной ~ 13,7 миллиарда лет, Солнцу ~ 4,6 миллиарда лет (и у него осталось ~ 5 миллиардов лет жизни), что означает, что оно образовалось, когда Вселенной было ~ 9,1 миллиарда лет.

Чтобы 1000 звезд жили в течение этого промежутка времени, эти звезды должны были бы иметь среднюю продолжительность жизни около 9 миллионов лет (не считая времени между звездами). Это соответствует тому, что каждая из этих тысяч звезд имеет среднюю массу ~ 100-150 масс Солнца, поэтому их жизнь будет достаточно короткой, чтобы не превысить это ~ 9 миллионов лет жизни.

Таким образом, до нашего Солнца жила и умерла 1000 звезд, и все они были огромными монстрами. Просто все это кажется таким невероятным. Как это может быть?

* Сериалы, не помню какие

Ответы (1)

Солнце на самом деле является звездой ТРЕТЬЕГО поколения. Под этим я подразумеваю, что на Солнце есть химические элементы, которые были созданы внутри другой звезды, но сама эта звезда могла создать эти элементы только потому, что в ней был материал, который также должен был быть создан внутри предыдущих звезд второго поколения. В конце концов мы возвращаемся к звездам первого поколения, рожденным из первичного газа Большого взрыва, который почти не содержал тяжелых элементов (помимо гелия).

Это довольно много, поэтому позвольте мне объяснить на примере - барий.

На Солнце есть барий. Мы можем сказать это, взглянув на спектр и увидев линии поглощения бария. Но барий не может быть получен на Солнце. Барий производится с помощью s-процесса , который включает в себя медленный захват нейтронов ядрами элементов с железным пиком. Это происходит во время асимптотической фазы ветви красных гигантов звездной эволюции, и у Солнца есть 6 миллиардов лет или около того, прежде чем оно достигнет этой точки. [Примечание: даже половина количества химических элементов, помимо железа, образуется при взрывах сверхновых. 1 .]

Итак, до Солнца должна была существовать звезда — вероятно, звезда промежуточной массы, — которая эволюционировала и стала гигантом, произвела барий внутри себя, затем потеряла свою оболочку из-за сильного ветра в межзвездную среду, и этот материал был включен в протосолнце. Такие звезды (скажем, между 2 и 10 массами Солнца) будут иметь гораздо более короткое время жизни, чем Солнце. 2 , так что у них достаточно времени, чтобы жить и умереть до рождения Солнца.

Но подождите минутку! Эта предыдущая звезда, должно быть, уже имела внутри себя элементы с железным пиком, чтобы действовать как «семя» для s-процесса производства бария. Их не было и не могло быть сделано внутри этой звезды. Они, должно быть, образовались в предыдущей звезде, вероятно, в массивной звезде, которая прошла через все стадии ядерного синтеза, прежде чем взорваться как сверхновая, выбрасывая в межзвездную среду тяжелые элементы, включая элементы с железным пиком. Эта предыдущая звезда также могла иметь своих предков (богатых металлами), но в конечном счете, когда мы возвращаемся назад во времени, мы достигаем точки, в которой предыдущая звезда была первой .звезда поколения, состоящая из первичного газа H/He, почти без тяжелых элементов. Эти звезды первого поколения (также известные как звезды населения III, просто чтобы сбить с толку), вероятно, были очень массивными и недолговечными - несколько миллионов лет. Они должны были родиться, когда Вселенной было несколько сотен миллионов лет, и сегодня мы не видим их примеров в нашей Галактике.

Постараться точнее определить, что я имею в виду под «поколением».

  • Первое поколение - сделано из материала первобытного Большого Взрыва.
  • Второе поколение - звезда, состоящая только из обломков умирающих звезд первого поколения, обогащенная тяжелыми элементами, но лишенная первичных элементов s-процесса.
  • Третье поколение - звезда, состоящая из материала, уже обогащенного тяжелыми элементами и включающего элементы, образующиеся в s-процессе внутри предыдущих звезд второго (или третьего) поколения.

Вот почему я утверждаю, что Солнце можно классифицировать как «звезду третьего поколения» — оно содержит атомы/ядра, которые должны были находиться внутри как минимум двух предыдущих звезд.

Но не стоит воспринимать это слишком буквально. Внутри метеоритов находятся частицы материала, состоящие из твердых частиц, которые уже присутствовали в досолнечном материале. Это важно, потому что считалось, что эти зерна образовались в результате отдельных звездных событий, и их изотопный состав можно изучить. Они говорят нам, что Солнце образовалось из материала, который был внутри многих разных звезд разных типов.

Расчеты звездной эволюции и нуклеосинтеза говорят нам одну и ту же историю. Например, в то время как большая часть нашего кислорода была произведена в массивных звездах, которые подверглись коллапсу сверхновой, такие события не производят столько углерода. Соотношение C/O говорит нам о том, что большая часть нашего углерода поступает с ветрами от звезд средней массы AGB. Тяжелые элементы, такие как уран, могут преимущественно образовываться при столкновениях нейтронных звезд, но другие, такие как барий и стронций, не образуются.

Подробности о том, сколько предков внесли свой вклад в создание Солнца, не имеют простого ответа. Большая часть солнечного водорода и гелия может быть нетронутой; некоторые прошли через более чем одну звезду. Более тяжелые элементы (за исключением некоторого количества лития) прошли по крайней мере через одну звезду. Тот факт, что у нас есть элементы s-процесса, такие как Ba, Sr, La и Ce, которые образуются в результате захвата нейтронов элементами с железным пиком, говорит нам о том, что они прошли по крайней мере через две звезды.

Однако это сильно заниженные оценки. Перемешивание в межзвездной среде достаточно эффективно. Материал, извергнутый сверхновыми и звездными ветрами 5-12 миллиардов лет назад, имел достаточно времени, чтобы смешаться по всей Галактике до рождения Солнца. Турбулентность и нестабильность сдвига, вызываемые ветрами и сверхновыми от массивных звезд, должны распределять материал в галактических масштабах за миллиард лет или меньше ( Roy & Kunth 1995 ; de Avillez & Mac Low 2003 ), хотя локальные неоднородности, связанные с близкими недавними события могут сохраняться в течение 10 8 годы. Если это так, то Солнце является продуктом ∼ миллиардов звезд, которые умерли до того, как родились.

Причина, по которой вы запутались со своим аргументом о жизни, заключается в том, что вы проигнорировали возможность того, что Солнце состоит из звезд, живших в одно и то же время в разных частях Галактики. Материал, который они выбросили ближе к концу своей жизни, только что был тщательно перемешан.

1 Остальные образуются в результате s-процесса в AGB-звездах промежуточной массы; через новые события на белых карликах; или, возможно, в случае более тяжелых элементов, через столкновение нейтронных звезд (см. этот вопрос Physics SE ).

2 Грубое выражение для времени жизни звезды: 10 ( М / М ⊙ ) − 5 / 2 миллиард лет.

Это имеет больше смысла. Может быть, именно то, как они это сформулировали, сбило их с толку. Это и временные масштабы такого масштаба трудно понять.
Значит, если я правильно понимаю, солнце принадлежит к третьему поколению звезд, но у него миллионы родителей и миллионы бабушек и дедушек? (Каждый родитель является прямым предком, без промежуточных звезд)
@Leliel Это третье поколение, потому что оно содержит атомы / ядра, которые должны были быть внутри как минимум двух других звезд. Действительно, у него (по крайней мере) миллионы родителей. Но понятие дедушки и бабушки плохо определено. Звезды, питавшиеся родительскими звездами, вряд ли сами были звездами «первого поколения». Я понимаю, что есть еще кое-что, что мне нужно прояснить. В самом первом поколении звезд не было тяжелых элементов.
@RobJeffries Тогда не идеальная аналогия. Я думаю, что концепция родителя родительской звезды (прародителя) хорошо определена, это любая звезда, которая внесла массу в родительскую звезду. В отличие от людей, дедушка и бабушка не обязательно должны быть более ранним поколением, чем родитель, просто не более поздним поколением? Потому что, если бы дедушка и бабушка принадлежали к более позднему поколению, вполне вероятно, что некоторая часть массового вклада в родительскую массу содержала бы некоторые элементы, невозможные в более ранних поколениях звезд?
Учитывая, что ОП немного рассказывает о продолжительности жизни звезд и Вселенной, я думаю, что было бы полезно немного рассказать о продолжительности жизни звезд разных поколений.
@Shane Время жизни «первого поколения», также известного как звезды «Населения III», все еще является предположительным, поскольку это поколение звезд по-прежнему в основном является теоретическим предсказанием. В целом, более высокая металличность облегчает формирование более мелких (более холодных) звезд, а более теплая межзвездная среда облегчает формирование более крупных звезд, поэтому низкая металличность + теплая среда в ранней Вселенной заставляет нас ожидать, что звезды будут очень большими, и так очень недолговечно. Но модели и наблюдения, как правило, отличаются. Некоторые ожидают среднюю массу 20-130 М ⊙ , а другие ожидают несколько сотен.
«Сегодня мы не видим их примеров». -- в зависимости от того, что вы подразумеваете под "сегодня" и какой степени уверенности вы хотите :-) Насколько я понимаю, считается, что CR7 содержит по крайней мере одну область звезд Населения III, наблюдаемую VLT. Это на расстоянии 13 миллиардов лет, а это означает, что либо этой отдаленной части Вселенной сегодня всего несколько сотен миллионов лет, либо мы наблюдаем нечто несуществующее, в зависимости от вашего отношения к одновременности.
@zibadawatimmy Любой из этих вариантов означает, что звезды живут «мгновение ока» в космических терминах, а затем взрываются, так что это не имеет большого значения.
Есть ли способ узнать на основе современной теории и/или моделей, какой процент каждого изотопа в межзвездной среде образуется в результате s-процесса, r-процесса, альфа-процесса или других процессов? Например, если большая часть кислорода-16 в ISM образовалась из сверхновых, образовался ли он в результате альфа-процесса в звезде до или в результате какого-то другого процесса во время сверхновой?
@dualredlaugh, это был бы отличный вопрос. Это в значительной степени теоретический вопрос, хотя, конечно, можно проводить измерения звезд AGB и остатков сверхновых. Ответ на ваш последний вопрос предшествует.
Почему углерод не высвобождается из сверхновых II типа? Перед ударной волной вокруг ядра есть горящие углеродные и гелиевые оболочки, которые можно сдуть. Потребляется ли углерод в результате ударно-волнового нуклеосинтеза? Если да, то почему такой же процесс не происходит для кислорода?
@dualredlaugh Новый вопрос. Углерод не отсутствует. Это также во многом зависит от массы и металличности прародителя.
Как может быть 1000 звездных предков до нашего Солнца?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v