天文學家驚人新模型,太陽從沃夫–瑞葉星氣泡中誕生

作者 | 發布日期 2017 年 12 月 25 日 18:36 | 分類 天文 , 自然科學 follow us in feedly

太陽系生下包括地球在內的行星家族,那又是誰生了太陽系?目前普遍理論認為太陽形成於超新星爆炸後,但這無法一致解釋為何太陽系的鐵-60(60 Fe,鐵的同位素之一)和其他系統相比有所出入。現在,芝加哥大學研究團隊提出一個新的模型,可以恰當解釋早期太陽系某些元素的比例。



太陽系的起源眾說紛紜,儘管有一個主流理論,稱太陽形成於 46 億年前一個大型超新星爆炸噴射的巨型星際分子雲,這些塵埃塌陷形成了太陽和其他物質,但該理論無法一致解釋太陽系所有未解的謎題。

早期太陽系留下的隕石告訴我們,太陽系充滿了鋁的同位素「鋁-26(26 Al)」,這也是超新星爆炸過程中會產生的大量元素之一。只不過,超新星爆炸的同時還會產生大量鐵-60(60 Fe)同位素,而這種同位素在太陽系中的量並不如其他系統多,甚至有研究表明,鐵-60 的含量越來越少了,這代表超新星假說並不夠完美。

於是芝加哥大學團隊提出了一個新模型:太陽形成於沃夫–瑞葉星(Wolf-Rayet stars)周圍的高溫氣泡中,因為沃夫–瑞葉星會形成豐富的鋁-26,卻不會噴出太多的鐵-60。

沃夫–瑞葉星(Wolf-Rayet stars)為一種正在演化的稀有超大質量恆星,其質量通常為太陽質量的 8~25 倍,但直徑不大,一般是太陽的 1.5~4 倍。大多數沃夫–瑞葉星是經歷了紅超巨星階段的後期恆星,已損失一半以上的質量,但也有一部分恆星是即將演化到超巨星階段的早期恆星,如 R136a1,光度、質量、半徑均遠遠超過演化後期的沃夫–瑞葉星,比太陽亮上百萬倍,是宇宙最亮的恆星。

銀河系內大約有 500 顆沃夫–瑞葉星,它們因其自身強勁的恆星風(300~2,000 公里/秒)而導致質量高速流失,太陽每年流失自身質量的 10-14  倍,但沃夫–瑞葉星每年可流失自身質量的 10-5 倍。

很快地,不穩定的沃夫–瑞葉星就燃燒完所有的氫,開始熔化氦氣和其他較重的元素,這些重元素大量湧向地表,強勁恆星風再將它們撕裂噴射到太空中,於是許多由重物質組成外殼的輕薄氣泡開始形成圍繞在沃夫–瑞葉星周遭,直徑可長達 10 秒差距(1 秒差距的距離等同於 3.26 光年或 31 兆公里,太陽的半徑與氣泡相比非常小)。

▲ 科學家模擬沃夫–瑞葉星周圍的氣泡如何在百萬年中演變(從左上角往順時針方向移動)。(Source:芝加哥大學

而新理論認為,太陽就形成於這些困住塵埃和氣體的巨大宇宙氣泡牆內。當沃夫–瑞葉星開始邁向死亡時,氣泡外殼冷卻崩潰,根據沃夫–瑞葉星氣泡中的物質分布情況,芝加哥大學天文與天體物理學研究副教授 Vikram Dwarkadas 認為,這些條件差不多可以形成 1%~16% 類似太陽的恆星。

這顆比太陽還要大 40~50 倍的沃夫–瑞葉星或許早已消失(可能是超新星爆炸,也可能直接坍縮到黑洞中),但太陽系從它的死亡中誕生。當我們談及對宇宙的認知時,沒有什麼理論是絕對的,新模型是一個有趣的理論,值得進一步研究。論文已發表在《 天體物理學》期刊。

(首圖來源:歐洲南方天文台