130億年前爆炸的“巴本海默”,讓科學家感到困惑,因為無法解釋
111 次觀看·2024年1月22日
宇宙中有一些奇异的天体,它们的存在和演化与我们的常识相悖,它们的秘密令科学家们着迷。这些天体就是黑洞和超新星。黑洞是一种时空曲率大到光都无法从其事件视界逃脱的天体,超新星是一种恒星在生命末期发生剧烈爆炸的现象。黑洞和超新星之间有着密切的联系,有些超新星爆炸会形成黑洞,有些黑洞则是由超新星爆炸的残骸组成。
但是,科学家们最近发现了一颗来自宇宙早期的巨大恒星的证据,它与我们目前对黑洞和超新星的理解不符。这颗古老的奇异恒星,研究人员给它起了一个“巴本海默星”的名字,它的核心可能含有从未见过的元素混合物,然后它以一种看似不可能的方式死亡,同时在它的位置上诞生了一颗同样令人困惑的恒星,一项新的研究显示。有意思的是巴本海默这个名字,居然是来源于去年同一天上映的两部截然不同的电影“芭比”和“奥本海默”的结合。
宇宙中有一些奇異的天體
它們的存在和演化與我們的常識相悖
它們的祕密令科學家們着迷
這些天體就是黑洞和超新星
黑洞是一種時空區域
大到光都無法從其事件世界逃脫的天體
超新星是一種恆星在生命末期
發生劇烈爆炸的現象
黑洞和超新星之間有着密切的聯繫
有些超新星爆炸會形成黑洞
有些黑洞則是由超新星爆炸的殘骸組成
但是科學家們最近發現了一顆
來自宇宙早期的巨大恆星的證據
它與我們目前對黑洞和超新星的理解不符
這顆古老的奇異恆星
研究人員給它起了一個
巴本海默星的名字
它的核心可能含有
從未見過的元素混合物
然後它以一種看似不可能的方式死亡
同時在它的位置上
誕生了一顆同樣令人困惑的恆星
有意思的是
巴本海默這個名字
居然是來源於去年同一天上映的
兩部截然不同的電影
巴比和奧本海默的結合
金屬度是天文學中用來描述
恆星中除了氫和氦以外的元素
丰度的一個量
它反映了恆星的年齡和起源
一般來說
越年輕的恆星
金屬度越高
因爲它們是由之前一代恆星
在超新星爆炸中合成
並噴出的重元素形成的
而越古老的恆星
金屬度越低
因爲它們是在宇宙早期
當時還沒有太多的重元素
存在的時候形成的
利用新獲得的數據
研究團隊通過一種
被稱爲恆星考古學的過程
拼湊出了J0931的形成過程
恆星考古學是一種通過古老的恆星
探索早期宇宙的方法
三的三次方
它可以通過恆星的化學元素含量
運動狀態和年齡等信息
推斷出恆星的起源和演化歷史
這表明
這顆恆星是由一顆
更大的恆星的超新星殘骸誕生的
這顆恆星的質量
在太陽的50到80倍之間
它可以追溯到130億年前
也就是大爆炸後
只有7億年左右
這顆更大的恆星
就是巴本海默星
它的名字來源於一種文化現象
指的是在同一天上映的
兩部截然不同的電影
《巴比》和《奧本海默》
這兩部電影
分別代表了理想主義和現實主義
而巴本海默星
則代表了宇宙中的奇異和矛盾
復星在爆炸之前的金屬度
可能和J0931一樣奇怪
它與早期宇宙中
其他已知的恆星完全不同
它的核心可能含有
從未見過的元素混合物
比如絲和鉢
這些元素通常是在
更高溫度和壓力下才能合成的
然後它以一種看似不可能的方式死亡
同時在它的位置上
誕生了一顆同樣令人困惑的恆星
也就是J0931
我們從未見過這樣的東西
研究的主要作者
芝加哥大學的天體物理學家
亞利克斯吉
在一份聲明中說
無論當時發生了什麼
它一定很了不起
J0931的金屬度之所以奇怪
有三個原因
首先
這顆恆星含有異常低的氫元素
比如銘 鈉和鋁
這些元素通常在恆星中更豐富
其次
它含有異常高的中等重量的元素
比如鐵 銘和鋅
最後它還有過量的重元素
比如絲和鉢
根據研究人員的說法
我們有時會看到這些特徵中的一個
但我們從未在同一顆恆星中
看到過它們的全部
研究的合作者
俄亥俄州立大學的天文學家
珊依福約翰遜
在聲明中說
大多數恆星的金屬度與J0931相反
它們含有更高的氫元素
和更低的中等重量和重元素
這是因爲恆星主要由氫和氦組成
它們在恆星的核心中融合
這些氫元素
它們的丰度要低得多
最終融合成更重和更重的元素
因此很難解釋
爲什麼J0931有如此多的重元素
因爲它似乎沒有足夠高的
氫元素濃度來產生它們
令人驚訝的是
沒有現有的元素形成模型
可以解釋我們看到的
研究的合作者
加州大學伯克利分校的天文學家
桑賈納科蒂斯說
他幾乎看起來自相矛盾
他說
J0931的異常金屬度部分的繼承子
這意味着
負氫可能也有類似的倒置金屬度
這更加奇怪
因爲在早期宇宙中
恆星不應該存在足夠長的時間
來產生如此高濃度的重元素
研究團隊說
但更奇怪的是
八本海默星本不應該發生超新星爆炸
研究人員寫道
理論上
一顆具有八本海默星預測質量的恆星
應該塌縮成一個黑洞
而不是向外爆炸
目前研究團隊無法解釋
爲什麼這種塌縮沒有發生
科學家們瞭解八本海默星
及其奇異組成的唯一方法
是尋找早期宇宙中其他類似的恆星怪胎
以揭開這個宇宙之謎的更多碎片
宇宙導演了這部電影
《我們只是攝影師》
研究的合作者
德克薩斯大學奧斯汀分校的天文學家
基斯霍金斯在聲明中說
我們還不知道故事會如何結束
那麼八本海默星
究竟是怎樣的一顆恆星呢
它爲什麼會有如此奇特的元素組成
和爆炸方式呢
它又是如何影響了J0931
和其他後代恆星的形成和演化呢
這些問題目前還沒有明確的答案
但是科學家們已經提出了一些
可能的假設和解釋
一種假設是
八本海默星可能是一種新的超新星類型
它的爆炸機制和產物與我們已知的超新星不同
超新星是一種恆星在生命末期
發生劇烈爆炸的現象
它可以分爲兩大類
IA型和核他梭型
IA型超新星是由白矮星吸收半星的物質
達到臨界質量後引發的熱核爆炸
它們主要產生鐵和鏈等中等重量的元素
核他梭型超新星是由質量較大的恆星
在覈心耗盡燃料後引發的引力塌縮和衝擊波爆炸
它們主要產生絲、塔等重元素
八本海默星的爆炸可能是一種
介於這兩種類型之間的超新星
它既產生了中等重量的元素
又產生了重元素
但是它的氫元素含量卻很低
這種超新星的爆炸機制
可能涉及到一些複雜的物理過程
比如快速中子突破
核反應網絡
另一種假設是
八本海默星可能是一種
罕見的恆星演化過程的結果
它的核心在爆炸之前已經燃燒了很多氫和氦
導致了它的倒置金屬度
恆星的演化過程取決於它們的質量和化學成分
一般來說質量越大的恆星
演化越快
壽命越短
恆星的核心會經歷不同的核聚變階段
從氫燃燒到氦燃燒
再到碳、氧、奶、銘、硅等元素的燃燒
最終形成鐵
鐵是一種不能釋放能量的元素
當恆星的核心變成鐵時
它就無法維持自身的平衡
會發生引力塌縮和超新星爆炸
八本海默星的核心可能在爆炸之前
已經燃燒了很多氫和氦
使得它的氫元素含量降低
而重元素含量升高
這可能是因爲它的質量非常大
或者它的化學成分非常特殊
或者它受到了一些外部的干擾
比如半星的影響
無論哪種假設
八本海默星的爆炸
都對宇宙的早期歷史和恆星的形成有重要的意義
它可能是宇宙中第一代恆星的一員
也就是由純氫和氦組成的恆星
它們是在宇宙大爆炸後不久形成的
它們的質量非常大
壽命非常短
它們的爆炸
爲後來的恆星提供了重元素的種子
它也可能是宇宙中最早的重元素源頭之一
它的爆炸爲宇宙注入了豐富的化學元素
爲星系和行星的形成創造了條件
它還可能是宇宙中最早的黑洞的祖先之一
它的爆炸可能留下了一個質量很大的黑洞
這個黑洞可能與其他黑洞合併
形成了更大的黑洞
甚至是超大質量黑洞
它們是星系中心的巨大黑洞
它們對宇宙的結構和演化有重大的影響
巴本海默星的故事還沒有結束
它的後代恆星J0931也有着不尋常的特徵
J0931是一顆紅巨星
它的質量大約是太陽的1.5倍
它的半徑大約是太陽的30倍
它的表面溫度大約是太陽的一半
它的亮度大約是太陽的100倍
J0931是由巴本海默星的
超新星殘骸中的氣體和塵埃凝聚而成的
它繼承了巴本海默星的奇異金屬度
它的化學成分與其他紅巨星不同
J0931的壽命大約是10億年
它目前處於穩定的核燃燒階段
它的核心正在燃燒氦
形成碳核氧
J0931的未來可能有兩種可能性
一種是它會繼續燃燒碳核氧
直到形成鐵
然後發生超新星爆炸
形成一箇中子星或者一個黑洞
另一種是它會在燃燒碳和氧之前
就失去大部分的外層氣體
形成一個白矮星
然後與其他天體發生相互作用
可能引發Ia型超新星爆炸
無論哪種可能性
J0931都會像它的祖先一樣
爲宇宙貢獻更多的元素和能量
J0931和巴本海默星的發現
爲我們揭示了宇宙的早期歷史
和恆星的形成和演化
提供了新的視角和挑戰
它們讓我們重新思考了黑洞
和超新星的起源和機制
它們讓我們對宇宙中的奇異和矛盾
充滿了好奇和敬畏
它們讓我們期待着更多的發現和解答
它們也讓我想起了一句名言
宇宙不僅比我們想象的要奇妙
而且比我們能想象的要奇妙

