Как может быть 1000 звездных предков до нашего Солнца?

Недавно я слышал из нескольких источников ^*, что Солнце является звездой 1000-го поколения, что означает, что у него было тысяча звезд, которые предшествовали ему, исходя из содержания тяжелых элементов.

Я понимаю, что ранние сверхновые звезды создали более тяжелые элементы, и они были включены в Солнце, когда оно образовалось, и мы можем рассчитать генерацию на основе этого.

Мой вопрос основан на возрасте Вселенной, возрасте Солнца и среднем возрасте звезд в галактике.

По сути, Вселенной 13,7 миллиарда лет, а Солнцу - 4,6 миллиарда лет (и осталось 5 миллиардов лет жизни), что означает, что она образовалась, когда Вселенной было ~ 9,1 миллиарда лет.

Чтобы 1000 звезд жили в этот промежуток времени, средняя продолжительность жизни этих звезд должна составлять ~ 9 миллионов лет (не считая времени между звездами). Это равносильно тому, что каждая из этих тысяч звезд имеет среднюю массу ~ 100-150 солнечных масс, поэтому их жизни будут достаточно короткими, чтобы не превысить это ~ 9 миллионов лет жизни.

Итак, в основном, до нашего Солнца было 1000 звезд, которые жили и умирали, и все они были огромными монстрами. Просто все это кажется невероятным. Как это может быть?

^{* ТВ-шоу, я не помню, какие из них}

Солнце на самом деле звезда третьего поколения. Под этим я подразумеваю, что на Солнце есть химические элементы, которые были созданы внутри другой звезды, но сама эта звезда могла создать эти элементы только потому, что в ней был материал, который также должен был быть сделан внутри предыдущих звезд второго поколения. В конце концов мы возвращаемся к звездам первого поколения, рожденным из исконного газа большого взрыва, который почти не содержал тяжелых элементов (кроме гелия).

Это довольно громко, поэтому позвольте мне объяснить на примере - барий.

На солнце есть барий. Мы можем сказать это, посмотрев на спектр и увидев линии поглощения из-за бария. Но барий не может быть сделан на солнце. Барий производится с помощью s-процесса , который включает в себя медленный захват нейтронов на ядрах элементов железного пика. Это происходит во время фазы асимптотической ветви красного гиганта эволюции звезды, и Солнцу осталось около 6 миллиардов лет, прежде чем оно достигнет этой точки. [NB: даже половина изобилия химических элементов, кроме железа, не образуется при взрывах сверхновых ]$^1$

Таким образом, до Солнца должна была существовать звезда - вероятно, звезда средней массы - которая превратилась в гигант, превратилась в барий внутри, а затем потеряла свою оболочку через массивный ветер в межзвездную среду, и этот материал был включен в протосун. Такие звезды (скажем, между 2 и 10 солнечными массами) будут иметь гораздо более короткое время жизни, чем Солнце , поэтому у них будет достаточно времени, чтобы жить и умирать до рождения Солнца.$^2$

Но подожди минутку! Эта предыдущая звезда, должно быть, уже имела железо-пиковые элементы внутри, чтобы действовать как «семя» для производства бария в s-процессе. Они не были и не могли быть сделаны внутри этой звезды. Должно быть, они были сделаны в предыдущей звезде, вероятно, в виде массивной звезды, которая сгорела на всех стадиях ядерного синтеза, а затем взорвалась как сверхновая, отбрасывая тяжелые элементы, в том числе элементы железного пика, в межзвездную среду. Эта предыдущая звезда также могла иметь своих предков (богатых металлом), но в конечном итоге, когда мы возвращаемся назад во времени, мы достигаем точки, где предыдущая звезда была первойзвезда поколения, сделанная из первичного газа H / He, почти без тяжелых элементов. Это первое поколение (иначе говоря, звезды III популяции) было очень массивным и недолговечным - несколько миллионов лет. Они родились бы, когда Вселенной было несколько сотен миллионов лет, и сегодня мы не видим их примеров в нашей Галактике.

Чтобы попытаться определить более точно, что я имею в виду под «поколением».

• Первое поколение - сделано из исконного материала большого взрыва.
• Второе поколение - звезда, сделанная только из детрита умирающих звезд первого поколения, обогащенная тяжелыми элементами, но не имеющая первичных элементов s-процесса.
• Третье поколение - звезда, сделанная из материала, уже обогащенного тяжелыми элементами и включающего элементы, которые производятся в s-процессе внутри звезд предыдущего (или третьего) поколения.

Вот почему я утверждаю, что Солнце можно классифицировать как «звезду третьего поколения» - оно содержит атомы / ядра, которые должны были быть внутри по крайней мере двух предыдущих звезд.

Но вы не должны воспринимать это слишком буквально. Внутри метеоритов содержатся частицы материала, состоящие из твердых частиц, которые уже присутствовали в предсолнечных материалах. Это важно, потому что считается, что эти зерна образовались в отдельных звездных событиях, и их изотопные составы могут быть изучены. Они говорят нам, что Солнце сформировалось из материала, который был внутри многих различных звезд разных типов.

Расчеты звездной эволюции и нуклеосинтеза говорят нам одну и ту же историю. Например, в то время как большая часть нашего кислорода была получена в массивных звездах, где произошла сверхновая с коллапсом ядра, такие события не производят такого большого количества углерода. Отношение C / O говорит нам о том, что большая часть нашего углерода поступает через ветры звезд AGB средней массы. Тяжелые элементы, такие как уран, могут в основном создаваться при столкновениях нейтронных звезд, но другие, такие как барий и стронций, не являются.

Детали того, сколько предков внесли свой вклад в Солнце, не имеют простого ответа. Большая часть солнечного водорода и гелия может быть нетронутой; некоторые прошли через более чем одну звезду. Тяжелые элементы (кроме лития) прошли хотя бы одну звезду. Тот факт, что у нас есть элементы s-процесса, такие как Ba, Sr, La и Ce, которые образуются при захвате нейтронов на элементы пика железа, говорит нам о том, что они прошли хотя бы две звезды.

Тем не менее, это огромные недооценки. Смешивание в межзвездной среде достаточно эффективно. Материал, извергнутый сверхновыми и звездными ветрами 5-12 миллиардов лет назад, имел достаточно времени, чтобы смешаться по всей Галактике до рождения Солнца. Турбулентность и сдвиговые неустойчивости, вызванные ветрами и сверхновыми от массивных звезд, должны распределять материал в масштабах галактической длины за миллиард лет или меньше ( Roy & Kunth 1995 ; de Avillez & Mac Low 2003 ), хотя местные неоднородности связаны с рядом недавних события могут продолжаться более лет. Если это так, то Солнце является продуктом миллиарда звезд, которые умерли до его рождения.$10^{8}$$\sim$

Причина, по которой вы путаетесь со своими жизненными аргументами, заключается в том, что вы проигнорировали возможность того, что Солнце было создано из звезд, которые жили одновременно в разных частях Галактики. Материал, который они выбросили ближе к концу своей жизни, был просто тщательно перемешан.

$^1$ Остальные образуются s-процессом в звездах AGB средней массы; через события новы на белых карликах; или, возможно, в случае более тяжелых элементов, через столкновение нейтронных звезд (см. этот вопрос по физике SE ).

$^2$ Грубое выражение для времени жизни звезды составляет миллиардов лет.$10 (M/M_{\odot})^{-5/2}$