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太陽誕生記,我們的太陽系很可能誕生於一顆死亡的流浪恆星

太陽誕生記

30多年來,天文學家們一直都在探究太陽系形成初期一種如今已消失的放射性同位素鋁26的來歷。它很可能是一顆巨大的恆星在離開其誕生地並經過一段漫長漂泊後,臨終前遺留給我們的。太陽誕生的劇本也因此而被改寫……

這得追溯到大約50億年前。一顆巨大的恆星在離開其原初星團,並以超過46 000千米/小時的速度疾走於星際宇宙500萬年後終於爆炸。這個超新星的衝擊波如此之強,以至於在它周圍,巨大的氣體雲紛紛坍縮。

這顆恆星縮成了一顆密度極大的中子星,

繼續著它的死亡之旅。然而它的消逝並非全無意義,因為30萬年後,那些坍縮的雲團在吸收了出逃恆星所噴射出的所有物質後,最終將形成新的恆星,其中就包括我們的太陽及圍繞著它的行星。

不錯,我們的太陽系很可能誕生於一顆死亡的流浪恆星。這便是法國核譜質譜中心樊尚·塔緹斯歇夫所領導的天文學團隊最近提出的假說。這個驚人的故事如果被最終確認,那將使我們的太陽以及我們自身,成為宇宙中相當罕見的個案。

科研人員在墜落地球的隕星中發現了這個空間傳奇留下的蛛絲馬跡,尤其是保留有太陽系早期記憶的球粒隕星。它們在大約45 6億年前,封存了太陽系裡形成最早的固體物質。在這些固體微粒中,有一種自30多年前在艾倫德隕星中被發現以來,一直令天文學家們大惑不解,那就是鋁26。此後對於其他隕星所作的一切分析都指向了同一結論:這種元素是由如今已經消失的鋁26經過放射性衰變而產生的。

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唯一的問題就在於:如何解釋一個衰變周期十分短暫的元素(一半的鋁26原子在太陽形成72萬年後就已經消失)恰好在太陽系形成早期出現呢?這確實是個難題。「有些人斷言說太陽在形成早期非常不穩定,它輻射了原行星盤,並迅速創造了鋁26。」樊尚·塔緹斯歇夫解釋道,「但是這個觀點再也站不住腳了。」

為證明這一點,研究人員仔細研究所有與青年太陽特徵相近的年輕恆星,估算它們通過×射線流可能製造出的鋁的數量,結果得出如下結論:「在少年時期,我們的恆星還不夠強大,無法產生我們在隕星內部觀察到的如此大劑量的放射性元素。唯一可能的解釋是,鋁原子恰好在太陽誕生之前產生於外部來源。而一顆臨終的巨大恆星是唯一有能力集合大量該元素的星體。」

就這樣,樊尚·塔緹斯歇夫設計了這個故事的主角,就是這顆關鍵的巨大恆星,它爆炸為超新星,並主宰著太陽系的誕生。這個重大發現很可能將為一場在天文學家中持續了30多年的激烈而漫長的論戰畫上句號,爭論的焦點是:太陽系究竟是自己形成的還是在超新星周圍誕生的?

一切得從1976年在艾倫德隕星中發現鋁26說起。那時就已經有天文學家懷疑曾有一顆恆星在太陽的誕生地附近爆炸,而後吸納了各種元素(其中有鋁26)的星雲收縮形成了我們的恆星。更令人難以置信的是,爆炸的衝擊波甚至有可能是力促太陽形成的功臣。因為這股衝擊波壓迫星雲中的物質,很有可能使星雲坍縮,但是這個觀點遠沒有得到一致認同。

「首先,因為我們意識到絕大多數的恆星不會在超新星的周圍誕生。」巴黎天體物理學研究所的蒂埃里·蒙邁爾勒解釋道,「其次,我們還發現一顆巨型恆星不僅僅在爆炸的時候才噴射出鋁26,而是終其一生都拋射該元素,尤其在爆炸為超新星之前特別活躍的『沃夫一瑞葉星』階段。」而1988年的另一項新發現又重啟爭湍。在許多隕星內都存在著另一种放射性元素鐵60衰變後的產物。基於鐵60的原子結構,它只有在十分激烈的物質反應中才會誕生,於是又繞回到了超新星爆炸。這回科學家們都接受了這個觀點。然而另一個問題又出現了:模擬實驗表明,這顆巨型恆星噴射出的物質很難進入產生恆星的氣體雲。這下就無法從這個角度解釋在新生的太陽系中為何會有如此之多的放射性元素了。

天文學家們於是想像太陽系在誕生之後隨即有個接收外來元素的過程。可惜這個觀點也沒能站住腳。「這要求超新星在距離太陽非常近的地方爆炸,大約1光年的距離。」樊尚·塔緹斯歇夫明確指出,「而在這種情況下,太陽的原行星盤在該恆星爆炸之前就已經在它強烈的紫外輻射下灰飛煙滅了。」太陽系的行星就這樣被扼殺在萌芽階段。

但天文學家的想像力沒有止境,他們之中的一些人甚至想像太陽的形成並非源自一個超新星,而是好多個離太陽較遠的超新星。它們一個接一個地爆炸,噴射出的物質逐漸積聚,而爆炸的衝擊波則不斷壓縮星際氣體,使得這些氣體雲最終坍縮。「但是這個劇本也有缺點。」樊尚·塔緹斯歇夫評論道,「在這些超新星身處的星團中,大約有1 000個天體,它們的共同作用會迅速製造出一個半徑達上百光年的巨大的熱氣泡,沒有一顆新恆星能在其中誕生。那麼太陽就只可能在這個邊界外,在低溫的星際區域才能出現。鐵60有著相對較長的衰變周期(250萬年),它有時間到達這一區域。然而鋁26不行,因為它的衰變周期沒有長到足以穿行100光年的距離。」

正是為了解決這最後一個矛盾,樊尚·塔緹斯歇夫重新設計了他的「恆星逃逸」模型。他認為,既然鋁不能夠如此長途跋涉,那麼就是一顆恆星帶著它完成了這段旅程——一顆誕生不久便逃離星團的恆星。這個觀點並不荒謬,在銀河系中的確有一些流浪的恆星。

天文學家們認為,這些天體被拋出星團,或許是由於鄰近的恆星爆炸,或許是由於運行中過於靠近其鄰星,成為彈弓效應的犧牲品(該恆星被吸引過去,繼而改道,然後被猛地擲出)。故事餘下幾章的內容就非常精確了。在400萬年的全力穿梭之後,這顆逃逸的恆星終於逃出了前面提及的巨型熱氣泡。

它變成沃夫一瑞葉星之後就開始在星際間噴射大量富含鋁的氣體。這些放射性元素毫無障礙地就和氣體雲混合在一起——因為恆星高速運動的緣故,星體前方會出現一個漩渦區域,將所有物質都攪拌在一起。超新星爆炸將完成最後的準備工作:爆炸在導致氣體雲坍縮的同時,在這個地方播撇下其他的元素(其中就有鐵60)。

這個考慮全面的太陽誕生新模型讓人十分信服,它首次完美解釋了初生的太陽系中為什麼會有鋁的存在,而且這次,沒有任何與其衝突的觀察數據。反對者唯一的一條批評就是:這種設想發生的可能性太小了。不過樊尚·塔緹斯歇夫並不退縮:「在我們的銀河系,這種沃夫一瑞葉星是初生時就飽含放射性元素的星系之一。

有些天文學家甚至斷言這些元素的存在對生命的發展也起了一定作用。作為極強的熱源,它們可以給予准行星以熱量,使其蒸發一部分水,最後成為兼有陸地與海洋,而不是完全被水覆蓋的世界——圍繞其他一些恆星的行星可能就是如此。或許在太陽及其行星誕生好幾百萬年以前,一顆流浪的恆星便已經決定了我們今日的命運。


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