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氧元素組成“我的太陽”後裔白矮星

作者:鄧如山

人們從死亡恒星的結局獲得了哪些啟示?對擁有巨大體積和能量的恒星而言,它們的形成和演變機制表現了相對的簡單性,僅通過了解恒星的品質和比氫元素更重的元素比例,人們預測了它們從搖籃到墳墓的生命周期,但恒星演變沒有想象得那般簡單,時常出現了某種相當奇異的現象,自然力量似乎提醒了人們,恒星演變總有人們未知的真相。科學家的使命之一是揭示自然的真相,認識自然規律的目的是為了讓自然規律為人類服務,好像社會學家和新聞工作者熱心于揭示社會事件的真相,公平和正義的原則可以更好地為人類服務。

近日在《科學》雜志發表的一篇論文描述了恒星世界的奇異景象,通過對3萬多顆白矮星的搜尋,科學家在其中的一顆白矮星發現了奇異特性。白矮星是死亡恒星遺存的天體,好像太陽在數十億年之後死亡、最終變成了一顆白矮星一樣。一顆奇異的白矮星幾乎由氧元素組成,氧元素白矮星如何形成?白矮星為何全身發“氧”?科學家對此感到困惑不已。

每顆恒星都是一個核聚變的“巨型炸彈”,通過燃燒氫和氦一類輕元素物質,通過恒星内部的核聚變反應形成了更重的元素,諸如:碳和氧。恒星的品質越大,發出的亮度越高,燃料消耗的速度越快。比太陽品質高過10倍的恒星将會把重元素構成的核灰塵抛向太空,抛灑的重元素物質在太空形成了行星狀星雲的美麗景觀,星雲經過聚集,最終通過自身引力塌縮為下一代恒星和岩石态、氣體态的行星。位于宜居帶的岩石狀行星可能形成了生命活動的條件。

人類是地球行星上的智慧生命,人是地球生命體的進階形态,進階生命體呼吸氧氣,吃的是碳水化合物食物,好像著名的天文學家卡爾·薩根說的,“我們的身體由恒星的物質構成”。恒星的死亡最終會留下什麼?很大部分太陽品質的“灰渣”被壓縮成地球的尺度,難以置信的物質密度依靠了自然的力量,一茶匙的物體品質相當于大約一輛大卡車的品質,天文學家将這類高密度的物體稱為白矮星,在大約50億年之後,太陽将會走上白矮星的命運之路。

氧元素組成“我的太陽”後裔白矮星

科學家最新發現的白矮星相當于太陽品質的一半,體積小于我們的地球,這意味着在它表面的引力将是地球的10萬倍,假如在這顆星球上行走,那麼人們的感覺就好像在後背托上了40個碩大體重的藍鲸,人們試圖向前行走,不是行走艱難,而是根本走不動,内心有種“沉甸甸”的感受。為了實施“行走在白矮星”的思想實驗,人們還得假設“實驗員”沒有燒成脆脆的“炸薯片”,發熱發光的白矮星表面溫度達到了2萬K。好像在篝火晚會上燒盡的灰渣,通過對遺留灰渣的檢驗,人們可以了解燒掉了什麼燃料,人們在篝火晚會上可能留下木材的灰燼或燒化的塑膠包裝物品。在巨量的恒星核燃燒之後留下了不同的元素物質,恒星的品質和體積越大,核燃燒的溫度越高,留下的重元素物質越多。

天文學家在奇特的白矮星上僅看到了氧元素,所有的碳元素已聚變為更重的元素,科學家感到困惑的是,現有的實體模型表明了白矮星不能形成聚合碳元素的條件,一定有某種人們不了解的恒星死亡機制,現有的實體模型出現了漏洞。有一種觀點認為,恒星在生命周期的結尾發生了脈動,在強烈的輻射壓力作用下,恒星的外層被掀起,碳元素物質重新撞碎在球核的表面,暫時創造了強烈反應的條件,所有的碳元素被聚變為氧元素。任何遺留的像氫和氦一類更輕的元素物質可能被附近的伴星引力“偷走”,還沒有發現一顆伴星的存在,最終卻留下一顆僅由氧元素組成的白矮星。

這顆白矮星在成千上萬顆被篩選的白矮星中極為獨特,存在的事實本身證明了它的科學發現價值,在宇宙發生的超新星暴是令人驚奇的天體毀滅事件,超新星暴如何形成由單一的氧元素構成的白矮星?它有怎樣的形成方法?天體實體學家緻力于在觀測的基礎上正确描述它的形成。在一些超新星暴的情形中,白矮星的爆炸好像一顆定時炸彈,這種超新星有同樣的亮度,天文學家将它們看成是“标準燭光”,用以測量宇宙的距離,“燭光”更亮,表示的距離更近,反之,“燭光”更暗,表示的距離更遠。

根據标準燭光的明亮程度,天文學家測量了宇宙膨脹的速率,澳洲國立大學的副校長布萊恩·施密特教授因為宇宙加速膨脹的發現分享了2011年的諾貝爾實體學獎。白矮星是恒星生命道路的終點之一,奇異的白矮星有許多令人感到迷惑不解的奧秘,講好白矮星的“天文故事”,科學家仍在努力。人們對于極端的天體還有很多未解之謎,在人們向自然學習的道路上,沒有一個引以自豪的終點。

氧元素組成“我的太陽”後裔白矮星

(編譯:2016-4-6)

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