Jak może istnieć 1000 gwiezdnych przodków przed naszym Słońcem?

Niedawno słyszałem z kilku źródeł ^*, że Słońce jest gwiazdą 1.000 generacji, co oznacza, że ​​miał tysiąc gwiazd, które pojawiły się przed nim na podstawie zawartości ciężkich pierwiastków.

Rozumiem, że supernowe wcześniejszych gwiazd stworzyły cięższe pierwiastki, które zostały włączone do Słońca podczas jego formowania i na tej podstawie możemy obliczyć generację.

Moje pytanie opiera się na wieku wszechświata, wieku Słońca i średnim wieku gwiazd w galaktyce.

Zasadniczo wszechświat ma około 13,7 miliarda lat, słońce ma około 4,6 miliarda lat (i pozostało mu około 5 miliardów lat życia), co oznacza, że ​​powstało, gdy wszechświat miał około 9,1 miliarda lat.

Aby 1000 gwiazd mogło żyć w tym przedziale czasu, gwiazdy te musiałyby mieć średni okres życia wynoszący ~ 9 milionów lat (bez uwzględnienia czasu między gwiazdami). Odpowiada to każdej z tych tysięcy gwiazd o średniej masie ~ 100-150 mas Słońca, więc ich życie byłoby wystarczająco krótkie, aby nie przekroczyć tego ~ 9 milionów lat życia.

Tak więc w zasadzie było 1000 gwiazd, które żyły i umarły przed naszym Słońcem, z których wszystkie były ogromnymi potworami. To wszystko wydaje się tak nieprawdopodobne. Jak to może być?

^{* Programy telewizyjne, nie pamiętam które}

Słońce jest w rzeczywistości gwiazdą trzeciej generacji. Rozumiem przez to, że istnieją w Słońcu pierwiastki chemiczne, które zostały utworzone wewnątrz innej gwiazdy, ale sama gwiazda mogła wytworzyć te pierwiastki tylko dlatego, że miała w sobie materiał, który musiał być również wytworzony w gwiazdach poprzedniej, drugiej generacji. W końcu wracamy do gwiazd pierwszej generacji, zrodzonych z pierwotnego gazu pochodzącego z Wielkiego Wybuchu, który nie zawierał prawie żadnych ciężkich pierwiastków (tych poza helem).

To dość kęs, więc wyjaśnię na przykładzie - baru.

W słońcu jest bar. Możemy to stwierdzić, patrząc na spektrum i widząc linie absorpcyjne z powodu baru. Ale baru nie można wytworzyć na Słońcu. Bar jest wytwarzany w procesie s , który polega na powolnym wychwytywaniu neutronów na jądro elementów piku żelaza. Dzieje się tak podczas asymptotycznej fazy gałęzi czerwonych gigantów ewolucji gwiezdnej, a Słońce ma około 6 miliardów lat, zanim dojdzie do tego punktu. [Uwaga: nawet połowa obfitości pierwiastków chemicznych poza żelazem nie jest wytwarzana przez wybuchy supernowych ]$^1$

Tak więc przed Słońcem musiała istnieć gwiazda - prawdopodobnie gwiazda o masie pośredniej - która ewoluowała, by stać się gigantem, wytworzyła bar w swoim wnętrzu, a następnie straciła swoją otoczkę przez potężny wiatr w ośrodku międzygwiezdnym, i ten materiał został włączony w protosun. Takie gwiazdy (między, powiedzmy, 2 do 10 mas Słońca) miałyby znacznie krótsze czasy życia niż Słońce , więc mieliby dużo czasu, by mogli żyć i umrzeć, zanim Słońce się narodzi.$^2$

Ale poczekaj chwilkę! Ta poprzednia gwiazda musiała już mieć w swoim wnętrzu elementy ze szczytem żelaza, aby działały jak „ziarno” do produkcji baru w procesie s. Nie były i nie mogły być wykonane wewnątrz tej gwiazdy. Musiały być wykonane z poprzedniej gwiazdy, prawdopodobnie masywnej gwiazdy, która przepaliła się przez wszystkie stopnie syntezy jądrowej, zanim wybuchła jako supernowa, wrzucając ciężkie pierwiastki, w tym elementy ze szczytem żelaza, do ośrodka międzygwiezdnego. Ta poprzednia gwiazda mogła mieć także własnych (bogatych w metale) przodków, ale ostatecznie cofając się w czasie, dochodzimy do punktu, w którym poprzednia gwiazda była pierwszągwiazda generacji, wykonana z pierwotnego gazu H / He, prawie bez ciężkich pierwiastków. Te pierwsze pokolenie (czyli gwiazdy III populacji, żeby się pomylić) były prawdopodobnie bardzo masywne i krótkotrwałe - kilka milionów lat. Urodziliby się, gdy wszechświat miał kilkaset milionów lat i dzisiaj nie możemy zobaczyć ich przykładów w naszej Galaktyce.

Próbować precyzyjniej zdefiniować, co rozumiem przez „generację”.

• Pierwsza generacja - wykonana z pierwotnego materiału Big Bang.
• Druga generacja - gwiazda wykonana jedynie z resztek umierających gwiazd pierwszej generacji, wzbogacona w ciężkie pierwiastki, ale pozbawiona pierwotnych pierwiastków s-procesowych.
• Trzecia generacja - gwiazda wykonana z materiału już wzbogaconego w ciężkie pierwiastki i zawierająca pierwiastki wytwarzane w procesie s wewnątrz gwiazd drugiej lub trzeciej generacji.

Dlatego twierdzę, że Słońce można zaklasyfikować jako „gwiazdę trzeciej generacji” - zawiera atomy / jądra, które musiały znajdować się w co najmniej dwóch poprzednich gwiazdach.

Ale nie powinieneś brać tego zbyt dosłownie. Ziarna materiału uwięzione wewnątrz meteorytów składają się z ciał stałych, które były już obecne w materiale przedsłonecznym. Są one ważne, ponieważ uważano, że ziarna te powstały w poszczególnych zdarzeniach gwiazdowych, a ich skład izotopowy można badać. Mówią nam one, że Słońce uformowało się z materiału, który znajdował się w wielu różnych gwiazdach różnych typów.

Ewolucja gwiazd i obliczenia nukleosyntezy mówią nam tę samą historię. Na przykład, podczas gdy większość naszego tlenu została wytworzona w masywnych gwiazdach, które uległy supernowej zapadnięcia się jądra, takie wydarzenia nie wytwarzają tak dużej ilości węgla. Współczynnik C / O mówi nam, że większość naszego węgla pochodzi z wiatrów z gwiazd o masie pośredniej AGB. Ciężkie pierwiastki, takie jak uran, mogą być wytwarzane głównie w zderzeniach gwiazd neutronowych, ale inne, takie jak bar i stront, nie są.

Szczegóły, ilu przodków przyczyniło się do Słońca, nie mają prostej odpowiedzi. Znaczna część słonecznego wodoru i helu może być nieskazitelna; niektórzy przejdą więcej niż jedną gwiazdkę. Cięższe pierwiastki (poza litem) przejdą przez co najmniej jedną gwiazdę. Fakt, że mamy elementy s-process, takie jak Ba, Sr, La i Ce, które powstają w wyniku wychwytywania neutronów na elementy z pikiem żelaza, mówi nam, że przeszły one przez co najmniej dwie gwiazdy.

Są to jednak ogromne niedoszacowania. Mieszanie w ośrodku międzygwiezdnym jest dość skuteczne. Materiał wylany z supernowych i wiatrów gwiezdnych 5-12 miliardów lat temu miał dużo czasu na wymieszanie w całej Galaktyce przed narodzinami Słońca. Turbulencje i niestabilność ścinania, napędzana przez wiatry i supernowe z masywnych gwiazd, powinny rozprowadzać materiał w skali długości galaktycznej w ciągu miliarda lat lub krócej ( Roy i Kunth 1995 ; de Avillez i Mac Low 2003 ), chociaż lokalne niejednorodności związane z pobliskimi ostatnimi zdarzenia mogą trwać ponad lat. Jeśli jest to przypadek, to Słońce jest iloczynem miliardów gwiazd, które zmarły przed jego urodzeniem.$10^{8}$$\sim$

Powodem, dla którego mylisz się ze swoim życiowym argumentem, jest to, że zignorowałeś możliwość stworzenia Słońca z gwiazd, które żyły w tym samym czasie w różnych częściach Galaktyki. Materiał, który wyrzucili pod koniec życia, został dokładnie wymieszany.

$^1$ Reszta powstaje w procesie s w gwiazdach AGB o masie pośredniej; poprzez nowe wydarzenia na białych karłach; a może, w przypadku cięższych pierwiastków, przez zderzenie gwiazd neutronowych (patrz pytanie Physics SE ).

10 ( M / M ⊙ ) - 5 /$^2$ Z grubsza wyrażenie określające czas życia gwiazdy to miliarda lat.$10 (M/M_{\odot})^{-5/2}$