都说太阳与地球都诞生于一片原始星云,而且科学家还给这片原始星云取了个名字,叫做“奥尔特云”,但很多科普文章中却对星云为什么会诞生恒星的原因并没交代清楚,搞得大家都云里雾里,下面我们就这个给大家做个明确的答案。
一、星云来自哪里?
关于星云,各位最熟悉的应该要数猎户座的火鸟星云,即编号为M42的梅西耶天体。梅西耶天体指的是18世纪法国天文学家梅西耶编制的《星云星团表》,总共有110个天体,其中肉眼能见的几个为M31(仙女星系),M33(三角座星系),当然上文所列的M42肉眼是否能见到还真有些争议,有观测报告M42可见!星云来自哪里有如下几个说法:
1、星云来自宇宙大爆炸的太初物质
2、星云来自于超新星或者恒星成为行星状星云后扩散的物质
宇宙大爆后的聚变时代形成了氢、氦以及少量的锂元素,这是区分太初星云和超新星爆发星云的最好比对标准!因为超新星爆发的前身,即一个超大质量的恒星,它会在其生命过程中产生大量的铁之前的各种金属元素,而在超新星爆发过程中还会通过S过程和R过程生成大量的铁以后的重元素,因此如果在星云中观测到除这三种以外元素的光谱,那么至少它是受到了附近超新星爆发的物质扩散的影响!
上图为著名的猎户座火鸟星云M42,大多数深空摄影的第一次就给了M42,因为它最明亮,目标最明显,拍摄最容易!
二、星云为什么会坍缩形成恒星和行星
早在18世纪伊曼纽·斯威登堡、伊曼努尔·康德和皮埃尔-西蒙·拉普拉斯就提出了星云假说,早先因为无法解释其角动量的来源,但在上世纪对于恒星周围尘埃盘的观测确立了这一理论的正确性!但一片弥漫的星云为什么会诞生出恒星和行星?是什么东西扰动了星云?
1、自然形成的恒星
在星云的核心,特别是一些比角度比较高的星云核心区域会因为比较大的碎片存在而出现重力不稳定,引起星云坍缩,这个过程被称为金斯不稳定性!
金斯不稳定性:二十世纪出詹姆斯·霍普伍德·金斯研究发现的一种外有引力产生的不稳定性,在恒星诞生最早期,当分子云的热压力不足以抵抗引力是,将会在引力的作用下发生坍缩!因为在分子云内部,会存在引力和热运动的压力,恒星的形成就是引力战胜了热运动的压力!
2、触发形成的恒星
星云受到附近超新星爆发的冲击波或者其他超级能量释放等超级事件扰动,将会导致星云原本平衡的引力产生波动,继而开始坍缩促进恒星的形成。
2014年科学家在M82星系中发现了一颗爆发中开始到“熄灭”的超新星SN 2014J,从爆发初始以及扩散过程中在这篇延展超过1600光年的星云中留下了清晰可辨的冲击波,这颗超新星所在的星系距离地球约1140万光年。
3、恒星的诞生
从星云开始坍缩,只要星云物质足够丰富,那么恒星的诞生就是一个时间问题,核心会在角动量守恒的原则下被压缩,它的发展会遵循林轨迹,然后继续到达林边界。然后会出现收缩加热机制的凯尔文-赫姆霍尔兹时标,比如木星就是以这种方式发出比接收到太阳能量要更大的辐射!到达林边界的恒星会继续坍缩,最终达到流体静平衡的状态!这种方式诞生的恒星质量和太阳差不多,因此从理论上推断,太阳就经历了这个诞生过程!此时内核的温度已经足够高,早已开始聚变,而从内核能量通过辐射与对流到达表面时,就是恒星开始发光的过程。
在星云坍缩末期阶段,由于落入物质的角动量,甚至会有一个阶段的两极喷流,如上图中出现的上下发光轨迹现象,这并不是你看错了,也不是GIF制作者画蛇添足!
三、太阳来自哪里?那些被抛弃恒星胚胎会怎么样?
1、抛射模型理论
一片星云并不只会诞生一颗恒星,因为分子云的致密区域可能有多块,1976年时剑桥大学的理论学家C·洛和唐纳德·林登-贝尔通过计算得出,这种分子云中的碎块质量最小可以低到几倍于木星,甚至与木星质量接近!这些多颗恒星胚胎的分子云模型中,相互之间会争夺星云物质,彼此之间的引力争夺效应会在分子云中产生湍流。湍流模型会成为新的坍缩,但也有可能会导致形成中的恒星出走,比如褐矮星的一种形成机制就有可能通过这种方式被抛射形成。
上图是星云内部多个恒星胚胎形成后的湍流模型,过早被抛射的就可能失去星云物质的来源成为失败的恒星!
上图是猎户座中的“超音速弹头”,这些气体云的前端似乎是一颗恒星,它们以每秒400千米的速度穿过星云!
尽管形成机理可能仍然有待研究,但科学家相信是由于多颗恒星诞生的核心区域抛射所致。从这一点来说,太阳系非常有可能是在一个大星团中被抛射所致,抛射模型支持了褐矮星的形成,那么能支持行星的形成吗?这似乎是一个问题!
根据抛射模型,被抛射恒星周围尘埃盘比较难预估,但对年轻褐矮星的观测表明,其周围仍然存在比较小的尘埃盘,因此从理论上来分析,太阳是被抛射形成的猜测仍然成立。
2、太阳来自哪一块“云彩”
我们已经很难求证太阳的来自那块云彩,但根据尘埃云湍流模型研究中发现,恒星经常成对出现,这是太阳被驱离猜测的一个佐证!当然这并不能排除太阳是那片孤立的奥尔特云所形成,因此太阳的来历也许是如下两个:
1、来自附近星团形成初期的抛射。
2、来自孤立星云的自然形成。
那么根据抛射模型,太阳来自于哪里呢?最近的星团在哪里?有朋友猜测有如下几个典型的嫌疑区域:
英仙座双星团:700光年,双星团有蓝移(靠近),NGC 869以22公里/秒的速度接近地球,NGC 884的速度是21公里/秒,英仙座星团恒星大都比太阳年轻。
毕宿星团:距离143光年,红移(远离):43千米/秒,年龄约:4亿年
野鸭星团:距离:6200光年 红移(远离):22千米/秒,年龄约:2.5亿年
蓝移靠近的明显不符合要求,因为能抛射太阳的肯定是远离的,毕宿星团距离不错,但太年轻,只有2.5亿年,野鸭星团似乎也是类似的结果。我们难以从星团的迹象中找到太阳的故乡!
疑罪定无,我们似乎很难找出太阳出走星团,因此只能暂时认为太阳系是孤立的奥尔特云诞生的,但它的诞生过程可能受到了附近超新星爆发的干扰!当然我们无法求证是哪次又或者是几次,重要的是,太阳系诞生了!