超新星爆炸为什么还会有残骸中子星或者黑洞形成?

kuaidi.ping-jia.net  作者:佚名   更新日期:2024-06-30
如果太阳系是超新星爆炸后形成的,为什么附近没有中子星或黑洞?

  我们的太阳系诞生于45亿年前的一团原始星云,从太阳光谱中的吸收线来看,太阳是一个富含金属的恒星,和地球上所存在的元素类型基本相同,不同的是元素的比例,在太阳中氢和氦的比例分别占到了71%和27%,剩下的小部分就是元素周期表中的其他元素,所以说我们的太阳并不是宇宙中的第一代恒星,很有可能是第二代或者是第三代恒星。
  
  换句话说,我们的太阳系要想拥有这么丰富的重元素,就必须诞生在被上一代恒星死亡“污染”后的星云中!你可能会想,组成太阳的大部分都是氢和氦,为何会说太阳是一颗富含金属的恒星呢?
  
  是这样的,在宇宙学中,天文学家会把所有比氢和氦重的元素统称为金属,而在宇宙早期的大爆炸核合成期间,宇宙只形成了氢和氦两种元素,所以宇宙中的第一批恒星是不会富含任何金属的,因此我们认为太阳的前身是一颗更大、不含任何金属的蓝色巨星。
  那么问题就如题所说,既然太阳系诞生于上一代恒星死亡后所形成的气体云,而且大质量恒星在死亡后核心一般都会留下中子星或者黑洞,那么为什么我们没有在目前太阳系所处的位置附近发现原恒星留下的残骸呢?

宇宙中常见的Ⅱ型超新星和Ⅰa型超新星
  超新星的爆发代表着一颗恒星生命的终结,当恒星在生命末期耗尽核心燃料时,核心核聚变就会停止,这样就会导致核心在引力的作用下发生剧烈的塌缩,短时间内释放出巨大的引力势能。能量的集中短时间释放,就会将恒星除过核心以外的外壳炸毁,形成壮观的Ⅱ型超新星爆发。
  
  一颗质量是太阳质量8倍-10倍以上的恒星,在死亡以后,其核心就会坍缩称为一颗中子星或者黑洞,这取决于恒星核心在死亡时的质量,当质量在3倍太阳质量的时候,中子简并压就难以抵抗引力的压缩,一路坍缩形成黑洞。当核心质量小于3倍太阳质量的之后,就会形成一颗中子星,目前我们认为中子星的质量上限为2.16倍的太阳质量,我们在宇宙中观察到的中子星质量大部分在1.4倍太阳质量。
  除了Ⅱ型超新星,在宇宙中还会爆发Ⅰa型超新星,这种超新星的爆发是由低质量恒星死亡后留下的白矮星形成的。
  
  白矮星要想变成超新星必须处在一个双星系统中,它要么是因为吸积了伴星大量的物质,导致质量急剧增加,当达到太阳质量1.44倍的时候,就会引发核心的碳爆轰,也就是重新发生核聚变,由于核聚变进行得十分剧烈,大量的能量剧烈释放会导致白矮星被炸毁,形成Ⅰa型超新星。
  要么就是两颗白矮星的轨道发生衰变,最终碰撞在一起发生合并,导致两颗白矮星被同时摧毁,发生Ⅰa型超新星爆发。
  
  如果太阳系的形成来自于以上类型的超新星爆发,那么就有可能在太阳系的附近存在恒星残骸,而且这些恒星残骸也会有可观测的效应。但是在宇宙中还存在另外一种类型的超新星,这种超新星爆发后不会留下任何东西。

不稳定对超新星
  不稳定对超新星这种类型的爆发通常会发生于金属含量低、且质量非常大的恒星中,而宇宙的第一批恒星就满足这样的条件。
  
  在恒星的一生中核聚变产生的辐射压力会对抗恒星的质量所带来的引力收缩,这两个力基本处在一个平衡的状态,互相拉扯,导致恒星有一个相对稳定的核聚变速度,不至于让恒星因为聚变过于猛烈发生爆发,也不至于因为引力而发生收缩。
  
  但是在低金属含量的大质量恒星中,质量一般介于130至250太阳质量之间,这样的恒星核心会释放出巨大的能量,导致两个光子相互碰撞转变为电子和正电子对,然后正负电子对又会在短时间内湮灭释放出伽马射线,由于光子的释放增加了一个额外的过程,这样就会导致核心的辐射压力降低,那么整个恒星就会在引力的作用下缓慢的收缩升温,这样又加剧了核心的反应速率,当核心达到一定的温度,剧烈的反应就会导致壮观的超新星爆发,不过这种超新星的出现并不是因为核心耗尽了燃料,而是因为反应太过剧烈,所以核心连同恒星的外壳也会一并被炸毁,这就是不稳定对超新星。
  这样的恒星死亡后什么也不会留下,只会产生形成下一代恒星的、富含金属的气体云。
  
  如果我们的太阳系是由这样的恒星死亡后形成的,就不存在遗留下的恒星残骸,不过我们无法确定太阳到底是由哪种超新星爆发形成的。但是在太阳系附近找不到恒星残骸也属于正常现象。下面就是最后一个原因。

太阳逃离了原星团
  如果我们假设太阳系诞生时的重元素来自于Ⅱ型超新星,那么在太阳诞生之初的附近肯定存在中子星或者黑洞,那么它们现在去哪里了?
  
  这里需要澄清的一个概念时,恒星的形成一般都发生在尺度非常大的气体云中,而不是一团气体云只形成一颗恒星!相反,恒星一般会成群的形成与活跃的气体云团中,组成球状星团,星团有大有小,一般包含十几颗到几十万颗恒星,我们的太阳也曾经诞生在一个恒星的集合中。
  但是星团是一个不稳定的结构,会在漫长的岁月中在引力的作用下收缩,其中的恒星会因为引力的摄动被弹射出去,发生逃逸。
  
  也就是说,星团是恒星诞生的地方,但不是恒星长久生存的地方,一个典型的星团包含的恒星数量会越来越少,所以我们将星团称为恒星的托儿所!随着时间的推移,恒星本身就会离开曾经出生的地方。
  目前的太阳已经存在了45亿年,已经步入中年,我们已经无法找到它曾经诞生的地方!

爆炸当然是一种向外的运动,但这仅仅是一种能量的释放,而不是代表恒星的运动方向。
我们先解释一下黑洞是如何形成的:
一个恒星有两种结束自己生命的方式,一是变成黑洞,二是变成白矮星.像那种质量较大的恒星,它的生命结束是非常惨烈的.先是变成中子星,然后才能成为黑洞.当中子星所有的能量都用完之后,也就是最后一样元素-----铁元素诞生后,核心的物质空无一片,也就是突然消失,内部顶不住外部的巨大重力,于是所有的物质开始塌缩,以至于达到引力半径-----施瓦西球面.所谓引力半径,也就是指一个恒星的引力极限半径.当达到这个距离时,恒星的质量会达到无限之大,引力会让光也在劫难逃-----黑洞形成了.不过,引力半径其实很小,只有引力大的恒星才能达到这个距离.像太阳,它的引力半径只有3公里.可以想象,太阳只能变成白矮星,而不是黑洞.另外,铁元素产生在恒星内时,由于铁元素是一种比较稳定的元素,因此它的存在只会造成核心的能量的进一步消磨.这也是形成黑洞必不可少的一项重要环节.
当然,黑洞不至于一直塌缩,它自身在达到一个平衡点之后回停止收缩,不过它是不可能小于引力半径这个范围内,否则它将违背爱因斯坦相对论:当它小于引力半径的时候,其速度将大于光速.但爱因斯坦相对论里明确说明,光是极限参考系,是最快的了.但是黑洞的引力却能使光乖乖呆在它的肚子里.
现在回到正题。超星星的爆发是在中子星形成黑洞时爆发出的一种天体现象,其爆发出的东西只是能量,而不影响恒星收缩到引力半径。之所以会释放出能量,我前面也曾提到过,恒星变黑洞都是一个惨烈的过程,因为在快到引力半径时,部分能量会被反弹出来,也就形成了超新星爆发.但是,由于每个恒星不是一定都会成为黑洞(我上面交代过了),因此只有一部分恒星会形成超新星爆发.

图:超新星爆发(左下角)

在大质量恒星演化到末期时,其内部的核聚变反应进行到铁时,由于铁的核聚变反应吸收的能量大于其释放的能量,所以其核心开始极速冷却。释放出的辐射压不足以抵挡巨大质量形成的引力的压力。恒星外部物质向核心处极速收缩,并在核心处撞在一起。巨大的撞击力带来的能量使铁以后的核聚变反应得以进行,并释放出巨大的能量。这就是超新星爆发。

这时,恒星爆发的亮度甚至超过了一个星系的亮度,这种爆发会持续数周到几个月的时间。

由于爆发和地球上的爆炸不是一回事:爆炸是从最里层开始向外释放能量的,所以什么都不会剩下来。而超新星爆发是恒星外层物质在引力作用下发生的引力坍缩,所以恒星核心会引力作用和撞击力作用下更进一步的收缩。只有外层物质会在爆发后释放的能量作用下飞散开去,其扩散速度甚至能达到光速的百分之十。并形成一个由膨胀的气体和尘埃构成的壳状结构,这被称作超新星遗迹。
图:蟹状星云

蟹状星云就是超新星爆发后形成的一个脉冲风星云。这个星云非常的年轻,形成于1504年,在宋史中都有记载。

超新星爆发后剩余的恒星核心如果其质量大于3.2倍太阳质量,就会形成一个黑洞。如果小于这个质量,就会形成一个中子星。

图:超新星爆发遗迹

超新星爆发并不只有恒星演化到末期才能形成,Ia超新星爆发可能是白矮星从其伴星吸取了足够的物质或者两颗白矮星碰撞点燃其碳核(压力足够点燃碳的核聚变)造成的。



首先要了解为什么会爆炸,因为当聚变到铁时开始吸收能量聚变无法抗衡引力恒星剧烈收缩高速旋转,压缩后巨大的能量释放就是超新星爆发。中心压缩的结果就是中子星,当中子星质量大于太阳质量的三倍,就没有任何方式抗衡引力了就成为了黑洞

  • 巨型恒星爆炸后会留下黑洞或中子星,那么这宇宙最终不得到处都是它们吗...
    答:但我们发现的中子星并不多,黑洞更是似有似无,说明宇宙中中子星和黑洞并不多。有科学家认为,超新星爆发不一定都会形成中子星或黑洞。超新星爆发时,恒星核收缩,外层炸开,也有可能在超新星爆发时,恒星核是收缩了,也形成了超铁元素,但形成超铁元素后,恒星核并没有继续收缩,而是也炸开了,什么...
  • 超新星爆炸结局是什么?
    答:超新星内核的坍缩速度可以达到每秒7万千米(约合0.23倍光速),这个当原始恒星的质量低于大约20倍太阳质量(取决于爆炸的强度以及爆炸后回落的物质总量),坍缩后的剩余产物是一颗中子星;对于高于这个质量的恒星,剩余质量会坍缩为一个黑洞,理论上出现这种情形的上限大约为40~50倍太阳质量。而对于超过50...
  • 关于恒星爆炸成为超新星后的问题
    答:中子星才是实际存在的恒星体。恒星濒死时,内核压缩速度远大于外层,因此内部在压缩后迸发出的巨大能量使得外壳物质被狠狠抛向宇宙空间。在我们看来,外壳的喷发仿佛是恒星完全解体,于是称之为超新星爆发;实际上原来的恒星位置处还留有一个光秃秃的星核,这个星核就是中子星(他就是中子态的物质)。
  • 如果太阳系是超新星爆炸后形成的,为什么附近没有中子星或黑洞?
    答:那么问题就如题所说,既然太阳系诞生于上一代恒星死亡后所形成的气体云,而且大质量恒星在死亡后核心一般都会留下中子星或者黑洞,那么为什么我们没有在目前太阳系所处的位置附近发现原恒星留下的残骸呢?宇宙中常见的Ⅱ型超新星和Ⅰa型超新星 超新星的爆发代表着一颗恒星生命的终结,当恒星在生命末期...
  • 超新星为何会发生爆炸?它爆炸后的产物又是什么?
    答:瓦解性的产生的爆炸现象。 这种爆炸使原来一颗不显眼的 恒星突然间异常明亮,爆发时 ,亮度在极短的时间内猛增到 原来的几百万倍,但几星 期就消失了,发展到这一步的 恒星就叫超新星。超新星爆炸后会变成的天体有很多,主要是看其质量,如果质量当量太阳,最终会变成白矮星,再大到中子星或黑洞。
  • 什么是超新星?超新星爆发有哪些可能的结局
    答:超新星爆炸后会留下一个内核残骸,残骸的种类取决于恒星爆炸前的质量大小。比太阳大8倍以上的恒星爆炸后会留下一颗中子星残骸,一般为脉冲星居多。比太阳质量大30倍的恒星爆炸后会留下一颗磁星残骸,磁星和脉冲星一样,都是中子星的一种,磁星拥有宇宙中其它天体无可匹敌的磁场。当比太阳质量大100倍...
  • 超新星爆炸之后的产物是什么
    答:前身质量适中的恒星 超星新爆发后 可以形成中子星 前身质量很大的恒星 超新星爆发后 直接形成黑洞 有时质量超大的恒星 超新星爆发后 可能全被炸碎 这种超新星不同于前两种
  • 谈谈恒星消亡后的残骸有几种可能?
    答:象太阳这样质量的星体塌缩后压垮了原子。把原子核压到了一起。这样的恒星残骸是白矮星。象太阳质量10倍这样大的恒星。最后引力会把原子核也压碎。把中子挤在一起。这样的就是中子星。再大。象太阳质量30倍以上的恒星。最后把所有的基本粒子通通压烂。成了一粒“夸克糊”,几乎没有体积的一个“点”。
  • 恒星爆炸后为什么又会形成新的恒星我的
    答:我猜测楼主意思是说恒星的归宿是白矮星、中子星或者黑洞吧?恒星的形成,原来是气体分子云,在银河系之中,氢元素特有的21cm辐射依然很强烈,说明我们所在的星系是一个年轻的星系,在未来相当长的时间内,还会孕育出大量的年轻恒星。对于楼主所说会发生爆炸的恒星,也就是质量大于太阳八倍的超新星,会抛洒...