世界杯哪里买球App下载安装(琼海)官网中心

超新星:元素的缔造者 没有它们就没有我们

发布日期:2022-11-18 17:11    点击次数:168

超新星:元素的缔造者 没有它们就没有我们

【参宿四】

超新星——一颗巨恒星的死亡,宇宙中最壮观的事变之一,巨大的爆炸大约照亮全副宇宙。

巨恒星的生命浪掷地很快,死得也很早,在恒星的焦点外部温度和压力都是巨大的。恒星阁下温度的外部温度可以或许抵达10亿度。

它是一颗滴答作响的守时炸弹,一颗巨大恒星的生射中最后几分钟,是难以描述的能量爆炸,是我们在宇宙中看到的最具灾难性的事宜。它的亮度比构终日河系的数千亿颗恒星的整体亮度还要亮!

然而,这些恒星的死亡同时也是生命蜕变的关键。我们的存在离不开超新星,可以或许说,没有超新星,我们就不会存在。

固然,不是每颗恒星都有资格成为超新星的,想要成为超新星,科学家们认为它的品格起码要比我们的太阳大8倍。

太阳主宰着我们的太阳系,所以我们很苟且把太阳设想成一个难以信托的巨大物体,然则要是我们的太阳与宇宙中其余一些巨大的恒星相比绝对于是很小的。

超新星:元素的缔造者 没有它们就没有我们恒星尺寸相比

有一些巨大的恒星,我们肉眼也能看到。在夜地面有一颗亮度排第十星星,它是一个白色超巨星,约莫是太阳品格的15倍,那就是——参宿四。

参宿四异样巨大,要是把它放在我们的太阳系里,它会延伸到木星的轨道上。它是天河系中最大的“猛兽”之一,同时也是一颗濒临死亡的恒星。

参宿四的年岁不到1000万年,它顿时就要爆炸了。一旦发生,我们将看到天空的一片地区在14天内变亮,直到它险些和满月同样亮。这将是历史上最壮观的饰演之一。

超新星:元素的缔造者 没有它们就没有我们参宿四爆炸时天空的情景设想图

并且,它随时都大约发生!也就是说,在夜晚,当我们仰头看猎户座,看到参宿四,说不定你能就看到它爆炸了。

那末是什么让参宿四变成超新星呢?

【超新星的生命过程】

要相识一颗巨恒星的死亡,我们就需求相识它的生命过程。从诞生到死亡,一颗恒星的生命就是一场永始终歇的战争。

重力接续地向内拉,而能量却接续向外推,在恒星的外部正在将无数个原子核领悟在一起。原子互相撞击,距离异样异样激情亲切,要是它们离得足够近,它们就会粘合在一起,形成一个更大的原子,同时孕育发生巨大的能量。

一颗巨恒星每一秒钟就会聚变75亿吨的氢。这个能量约莫相当于,每秒1000亿颗原子弹。这绝对于是一个巨大的爆炸。

这类爆炸性的能量大约会把恒星给炸开,但恒星本身巨大的引力就像有个盖子给盖住了。

可以或许这么说,宇宙中的通通都是向内的引力与向外的压力或能量之间的战争。寰宇面的每一颗星星,甚至我们的太阳都是一个使人难以信托的静态沙场。

在良多方面,恒星着实是一种大到没法炸开的爆炸,是引力将其凝聚在一起。这两种对峙实力的战争选择了恒星的生与死。

这就是尺寸的首要性地址,恒星品格越大,向内的引力就越大,同时恒星向外的推力也就越大,以坚持本身的保留。

异样大的恒星就像服用了类固醇的恒星,它们有良多燃料可以或许燃烧。它们的能量异样巨大,甚至于它们以极快的速度耗尽燃料。

像参宿四这样的大品格恒星是巨大的工厂,这个工厂将较轻的元素领悟成较重的元素,但最坚苦的事变要到它们的最后几年才起头。

在它们生命的90%时光里,它们将氢聚变成氦,但终究,氢起头耗尽。在超巨星的焦点有一系列的聚变过程,从较轻的元素到较重的元素,并且聚变的速度越来越快,死亡倒计时起头了。

来自引力的向内推力起了感召,行进了内核的温度,氦起头聚变成碳。因为恒星焦点有足够的氦,所以可以或许坚持一百万年。固然,相比于全副恒星的生命周期,这个时光照旧很短的。

所以氦也会很快用完,而后核聚变起头加速,碳被熔解析氖。这需求约莫1000年的时光。

接上去就是氖聚变成硅,这约莫需求一年的时光。一旦起头将硅熔化成铁,这只需求一天的时光。

此时的恒星已经变得越来越猖獗,这有点像一个烹饪较量节目,随着时光的流逝,他们想做的事变越来越多,他们会变得越来越手忙脚乱,直到,叮,时光到了。

正当这颗恒星正处于垂死挣扎当中,一旦铁的临蓐起头,这颗恒星的“丧钟”就敲响了。

一个巨大的铁球在病笃的恒星的阁下形成,这个铁球直径达几千英里,温度高得使人难以信托。在恒星阁下的温度可抵达10亿度。

这类高温是由核聚变反馈引发的,越来越多的反馈孕育发生越来越重的元素。每一步,孕育发生的能量越来越少,直到孕育发生铁。

当试图领悟铁核时,核聚变反馈不但不会再孕育发生能量,并且还会汲取能量所以一旦焦点起头聚变铁,它根蒂根基上就在窃取本身的能量。接续增进的铁核从恒星中汲取越来越多的能量,而与此同时,引力仍然在向内拉。

也就是说,原先恒星就是靠着焦点的核聚变反馈临蓐的能量在坚持平衡,而往常,聚变铁时,不但不帮着恒星匹敌引力,反而助工钱乐,对恒星举行反戈一击。

是以全副恒星的焦点被挤垮了,这颗星注定要衰亡,引力得胜终究胜利。铁芯的边际崩塌了,数万亿吨的高密度铁以1/4的光速向内坠落。这颗恒星往常只剩不到一秒的生命了。

事变很快就会支离破碎,焦点坍缩的速度是云云之快,甚至于恒星的外层甚至没偶尔间做出反馈 它们就挂在那里。

这有点像你手上托着一个对象,倏忽你把手抽走,你手上的对象不会顿时掉上来。

接着恒星的其余部份坍塌了,一亿亿亿亿吨的气体随着铁向内放射,终究激发了宇宙中最剧烈的爆炸。壮观的致命一击,可使星系中全体的星星都黯然失容。

超新星:元素的缔造者 没有它们就没有我们爆炸的超新星

【抓住超新星】

但有一个成就,科学家们仍然不克不迭齐全理解:一个坍塌的铁球和大量下落的气体是怎么形成一个巨大的火球的?

这个崩塌的内核是怎么激发大局限爆炸的,这是天体物理学中最大的谜团之一。

这奔忙及到一些人类已知的最宏壮的天体物理学,而科学家们却着实不齐全相识。

这个过程的细节,科学家们脱漏了一些对象。

因为我们缔造超新星险些总是太迟了,之所以这么说,是因为当你看到的是恒星变亮,这是在事宜发生后才看到的。

所以往常的关键不是找到一颗超新星,而是找到我们称之为暴发的时分。这次暴发是一颗巨星的死亡之声,这是焦点坍塌后的那一刻。

当恒星在一束巨大的可见光闪光中爆炸,在全副地理学历史上,这一时分只被捕捉过两次——一次是由美国国家航空航天局价钱数百万美元的太空望远镜开普勒拍摄的; 另外一次是由一个异样幸运的阿根廷专业喜爱者拍摄的。

有个专业地理学家叫维克多·布索,他院子里的地理台里有一个很好的望远镜,他始终地拍摄着恰巧在他头顶上的同一个星系的照片。

他只是碰劲看到了,寰宇面准确的地区,幸运的是,他捕捉到了超新星暴发的打击奔忙。抓住这个时分的机会是万万分之一。维克多捕捉到的是打击奔忙抵达概况的刹那。他真的很幸运。

维克多留心到这个雀瘢,出当初他的照片上。意想到本身捕捉到了一颗爆炸恒星收回的第一道闪光,他提醒了全球的专业地理学家。

超新星:元素的缔造者 没有它们就没有我们维克多抓拍到的超新星暴发的打击奔忙

地理学家Alex Filippenko和他的团队监测了这颗恒星收回的越来越亮的光。

他们在研究buso超新星收回的光时缔造,当一种打击奔忙,一种穿过恒星的超音速奔忙从概况暴收归来时,这个物了解在短时光内麻利变亮。当它抵达边际时,巨大的能量被释放为巨大的闪光。

这是使人震动的时分,巨大的打击奔忙以每小时近三万英里的速度传播,穿过恒星的概况,并把它撕成碎片,而后起爆。

科学家们在地球上看到了爆炸孕育发生的打击奔忙,它们可以或许穿越气体、液体和固体蕴含塌缩恒星的外层。

窥察到打击奔忙抵达恒星概况的过程异样首要,因为维克多告成地捕捉到了一颗恒星变成超新星的刹那,这是一个科学宝藏。

爆炸的打击奔忙就像宇宙中的金粉,过眼云烟,只延续了20分钟——这在地理学的时光规范上只是一眨眼。

【超新星爆炸之谜】

然则什么激发了打击奔忙呢?这只是一个反弹的成就吗?

超新星的打击奔忙,大约可以或许用篮球来说明。

对付一颗爆炸的恒星,核反馈会在焦点中发生,而后外层会以极高的速度向内核坠落,而后它会反弹。

恒星的组织给了它异样多的能量,当病笃的恒星燃烧它的燃料时它孕育发生了差别的元素层——焦点是重铁,上面是一层层较轻的元素。

所以,假设只要一层,就有一个反弹,就像扔一个球到地上,它反弹得不高。

但假设它像恒星同样陈设,重的在底部,轻的在顶部。就会以下图同样,网球就会弹得异样高。

超新星:元素的缔造者 没有它们就没有我们反弹道理

这是因为篮球弹跳的能量向上转移了。

同样的事变也会发生在坍塌的恒星中,然则会有更多的层,全体差别的元素都向内坍塌,较重的层首先撞击致密的内核,将能量通报给较轻的内核,这就孕育发生了打击奔忙。

但这类能量无余以将打击奔忙一起推到恒星外。

成就是,当科学家们用计算机模型仔细窥察时,缔造它不起感召,打击奔忙宛若收场了。计算机的仿照后果,没法让恒星爆炸。

五十年来,科学家们都不晓得成就出在何处。科学家们思疑个中有其余启事。像参宿四这么大的恒星死亡时,它的爆炸会收回打击奔忙在太地面能传播数万亿英里。但这些打击奔忙是怎么孕育发生的几十年来一贯搅扰着科学家。

科学家们认为,该当是来自恒星内核的一种全新的能量起原,大约真正导致恒星终究决裂的对象。

科学家们思疑这类能量来自一种机要的粒子,叫做中微子。

中微子是一种对我们来说仍然有点机要的根蒂根基物理粒子。它们险些就像幽魂同样,它们会穿过我们身材却不会接触到我们。

很像光的粒子,光子。但与光子差别的是,中微子不带电荷,它们可以或许穿过恒星、行星和我们。

那末它们是从何处来的呢?科学家们猜测恒星本身就是这个起源。

在恒星焦点的阁下,正在孕育发生一种叫做中子星的对象——一种神奇的、超压缩的物质球。直径只要约莫16千米阁下。

当恒星的铁核坍塌时原子被挤压在一起,质子和电子自愿联结而形成中子,产品体系这个过程释放出大量的中微子。

尽管中微子是宇宙中最雄厚的粒子之一,但妇孺皆知,它很难被探测到。

但在1987年,科学家们异样幸运,他们失去了一份绝妙的礼物。左近星系的一颗大品格恒星变成为了超新星。

这是约莫400年来第一颗肉眼可见的超新星。科学家们有良多的望远镜用来研究它的电磁奔忙谱。

然则1987年的超新星激发了另外一个科学仪器——一个潜匿在日本一座山下深处的中微子探测器。

超新星:元素的缔造者 没有它们就没有我们山下深处的中微子探测器

这是与超新星无关的中微子暴发,这只是一个微妙的惊喜,一个美好的额外奖励。

这是超新星发射中微子确确实证据。

大约中微子像个幽魂,它们不会等闲地从坍塌的恒星内核中缓慢地漂移出来,他们必须以暴发的模式本事出来。

超新星爆炸外部的神奇的地方在于它的密度足以捕捉中微子,倏忽之间,就有了压力。

当科学家们在计算机模型中插手中微子的压力时,打击奔忙离焦点越来越远。然而,超新星仍然没有爆炸。

还需求一个要素——无序。

因为恒星是圆的,所以人们很苟且认为超新星爆炸也会是圆的。然则超新星着实不齐全对称,来自打击奔忙和中微子的能量是杂遝的。会以一种不成瞻望的要领加热气体。它们引发热气泡上升,而后下落,再上升,再下落。

这是一种沸腾的静止,这给气体带来了大量的湍流。

是以,研究人员把全体的身分都加到一台超级计算机上,而后让它运行。

当打击奔忙来到焦点的时光,它会在上面坠落的元素中孕育发生微小的奔忙纹,奔忙纹变成为了巨大的晃动的波浪,中子暴收回的中微子,加热了上面的元素层,导致它们起泡和上升。

终究,高温与这些剧烈静止孕育发生的压力联结在一起,将打击奔忙像星际海啸同样喷收归来,将恒星破碎捣毁成碎片。

超新星:元素的缔造者 没有它们就没有我们计算机仿照后果

现实证明,恒星确实会爆炸,大自然晓得它在做什么。刚起头计算机模型,太俭朴了,所以超新星没法爆炸。一旦模型变得更为宏壮,就要起头推敲恒星的全体维度,超新星模型就会起头爆炸。

打击奔忙穿过了全体形成大品格恒星的元素层,只需几个小时便可以或许抵达外缘,并触发第一道闪光。

【仙后座“a”】

但这道闪光只是超新星的起头,这场壮观的灯光秀才适才起头。

对付超新星的一个乏味的事变是,当恒星爆炸时,它不会顿时抵达最大亮度。这需求几天甚至几周的时光。

第一道闪光是超新星爆炸的一部份,这道闪光将成吨的物质放射到病笃恒星周围的太地面。但正是这些放射出来的碎片让超新星发光,它们的发光程度每每比爆炸本身还要亮。

重元素是在大品格恒星的焦点外部形成的,但更重的元素是在爆炸本身的事宜中形成的。

当恒星撕裂的时光,温度和压力都是巨大的。已经形成恒星层的元素领悟在一起,而后缔造出更重的元素。个中一些是有放射性的,这些放射性元素的衰变理论上就孕育发生了光。

这使得它在更长的一段时光内,拥有更多的亮度。这片豁亮闪亮的物质云,可以或许延续数月甚至数年。这些超新星残骸像宇宙炊火同样照亮了宇宙。

这些平日都是夜地面异样俏丽的对象。但这些着实不可是俊秀的灯光秀,它们对星系和恒星系的蜕变起着至关首要的感召。

一些须要的身分,比喻硫,磷以及碳和氧。它们都是制造一个像地球这样的岩质行星所必须的元素。这些元素也只能在大品格恒星外部形成,并且只能经由过程超新星爆炸传播。

美国宇航局的钱德拉太空望远镜研究了天河系中最闻名的天体之一——超新星业绩仙后座 “a”。

仙后座 “a”是一个绝对于年轻的超新星残骸,甚至还不到400年。自从仙后座 “a”爆炸后,一贯在扩大。往常它的直径是29光年,行使x射线,钱德拉太空望远镜窥察了这片巨大星云的外部。

超新星:元素的缔造者 没有它们就没有我们仙后座“a”

科学家们缔造,这次事宜喷出的物质,缔造白比地球品格大几万倍的首要物质。70000倍地球品格的铁,另有100万倍地球品格的氧气。这些元素对生命,对地球,对我们都很首要。

所以说,我们血液中的铁,骨骼中的钙,都是在数十亿年前超新星爆炸中形成的。

这项新研究提醒了,更不服凡的事变。仙后座“a”也拥有形成生命的元素。

科学家们在那颗超新星残骸中看到了DNA所必须的每个原子。我们的DNA分子是由已经存在于大品格恒星焦点的物质形成的。

【僵尸恒星】

几千年来,人类一贯对寰宇面出现的豁亮的新星认为好奇。随着接续的窥察到超新星,科学家们缔造,着实不是全体的超新星都是同样的,它们有良多种。

有些是白矮星从一个双星中窃取物质,而后变得异样大,终究导致爆炸的后果。

除此之外,全体其余超新星,都是在本身引力感召下坍缩的大品格恒星。

科学家们还痛处是否存在氢,对超新星举行了分类,把超新星分为I型或II型。

要是把来自超新星的光解析成差别的颜色,就失去了它的光谱。要是光谱中有氢的个性,那就是II型超新星。要是缺氢,那就是I型。

大约你会认为,既然科学家已经对超新星举行分类了,那末必定对超新的研究的差不多了。然而,现实上并无。超新星另有良多未知之谜。

2014年9月,一颗超新星出当初大熊星座,豁光亮延续了600天。当科学家们搜查记载时,他们缔造60年前,在同一地址缔造过一颗超新星。

一颗恒星宛若在一次又一次地死亡。这颗特其它恒星是科学家们从前从未见过的。它看起来很新奇,在几年的时光里,它理论上变亮和变暗了约莫五次。

从总能量的角度来看,每一次的增亮均可以或许称得上是一颗超新星。这颗超新星宛若永久不会消亡。

那末这怎么大约在同一颗恒星上一再地发生呢?一颗恒星怎么会有屡次死亡呢?这真的像是一个僵尸恒星。

颠末研究,科学家们认为,答案就在于其宏壮的局限。

这颗恒星,是一颗异样大的恒星,约莫是太阳品格的100倍或更多。这是一颗恒星在不决裂的环境下的最上限。

这颗恒星是云云之大,甚至于焦点的反馈异样惊人。这些高能的反馈,孕育发生的不只仅是元素,同时孕育发生了伽马射线。

伽马射线是你能设想到的最具能量的光,是伽玛射线的巨大能量反对着病笃的恒星,匹敌着向内推的引力。

但它也影响着伽玛射线本身,逾越必定能量的伽马射线,会做出一些新奇的事变:它们可以或许把本身变成物质。

我们都晓得,物质可以或许转变成能量,这就是原子弹与氢弹的道理。爱因斯坦的质能方程让我们晓得了,品格能转变成异样多的能量。

现实上,这个过程也可以逆向的。即能量也会转变成物质。科学家们所说的宇宙大爆炸就是全副宇宙是由一个纯能量点在一个巨大的爆炸中孕育发生的。

所以这个过程同样发生在这颗巨大恒星的焦点,这类改变影响了恒星焦点引力和能量之间的玄妙平衡。焦点起头崩塌,当它坍塌时,会孕育发生更多的能量,这类能量从恒星的外层走漏出来。

是以,我们倏忽间看到了变亮的恒星。它会屡次变亮或变暗,每次都市释放一些物质,但不会齐全爆炸。这险些是超新星级其它能量,这就是一起头捉弄地理学家的启事。

终究,脉搏收场了,恒星安祥了上去,操办再活一些时光。地理学家仍然不晓得这颗“僵尸”恒星是否已经终究死亡。

【“变色龙”超新星】

但这着实不是仅有一颗让科学家们挠头的机要超新星。超新星 sn 2014c同样让科学们认为新奇。

当 sn 2014c 第一次被缔造的时光,氢着实不存在,所以它最初被归类为I型。

但其后,氢倏忽出现了,科学家们意想到,这着实是II型。这是一种变色龙超新星,从I型,不含氢到II型,充溢氢。

超新星是怎么从没有氢变成有氢的?

变色龙超新星让科学家们很迷惘,直到他们用核星x射线望远镜窥察它时,才提醒了这颗恒星为何会喷收回大量的氢。

那次喷发大量的氢,并不是发生在超新星暴发时期,而是几十年前的事。这颗恒星品格很大,绝对于来说也不颠簸。约莫在一个世纪前,它阅历了一次爆炸——没有大到成为超新星。

但它排挤了恒星中全体的氢,所以它是I型。而后恒星又爆炸了,超新星喷收回的气体,撞向了恒星爆炸前排挤的氢。一旦放射出的气体撞出来,就会导致氢气发光,而后科学家们在光谱中看到了氢,所以它变成为了II型。

科学家对超新星相识得越多,它们就变得越宏壮。科学家们认为,大约另有未被缔造的超新星。

【恒星的死活循环】

一颗巨恒星的死亡——它不只仅是一场史诗般的爆炸,同时它又是释放了形成我们周围宇宙的元素风暴。

宇宙中有一个微妙的死活循环。每一颗恒星都是从诞生,而后过着本身的糊口生计最后死去。当它们死亡时,它们用新的原子和新的化学物质雄厚了宇宙。这些物质延续形成新的恒星和新的行星。

从爆炸中吹出的灰尘形成为了壮观的星际云——星云。而星云是恒星的摇篮,蕴含我们的太阳系。

科学家们拥有确实的证据证明我们的太阳系是从超新星的灰烬中诞生。

首先超新星爆炸时,会孕育发生了一些异样常见的放射性元素。而这些放射性元素我们来日诰日仍然可以或许在太阳系中看到。

并且在我们的星球上处处可见,并且只在超新星中孕育发生。这证明了地球和太阳系是由46亿年前爆炸的恒星孕育发生的。

并且超新星对地球的影响不可是在诞生从前,在地球的全副生命周期中,同样会不时地影响着地球。

科学家们有一些证据评释约莫在250万年前,曾发生过一次不凡的超新星爆炸。这次爆炸使地球上聚积了一种不凡的铁——铁60。

这类放射性元素是超新星暴发时孕育发生的。在这个时期的化石中缔造有良多铁60的元素,它们嵌在地球的地壳中。

而250万年前,地球上的生命发生了巨大的变换。非洲大部份的森林被草原所庖代,种莳植物和植物灭绝,良多新的物种出现了。

然则,超新星是怎么在不完整点燃地球的环境下云云戏剧性地改变地球上的生命的呢?

关键就是距离。超新星爆炸时会孕育发生大量的伽马射线,超新星中的一些难以信托的能量就以伽马射线束的模式来到恒星。要是这颗超新星离地球足够近,那束射线指向地球,那末臭氧层就会受到毁伤。

臭氧层破坏会激发基因突变,并激发差别模式的植被,从而杀死陆地中的藻类。突变驱动着全体生命模式的退化,从最俭朴的到最宏壮的。

所以可以或许设想,因为一颗绝对于较近的超新星的暴发激发突变导致了孕育发生晚期人类,和其后的智人。这理论上影响了地球上生命的退化,尤为是人类。

所以超新星诚然具有异样暴力的一面,然则在太阳系的形成过程当中,以及我们人类的形成过程当中有良多步伐都与超新星亲昵相干。

它们缔造白化学元素,甚至大约增进了我们的退化。所以照旧那句话,要是没有爆炸的恒星,我们很大约就不存在了。从某个角度上讲,我们每一集团都是一颗死亡的恒星所造成的。

这些史诗般的爆炸,正在揭开我们存在的最大的谜团。超新星的故事随着每个新缔造而变得更为乏味和宏壮。

我们每一集团都要谢谢冲动超新星,但往常照旧请你离我们远一点。