根據(jù)現(xiàn)代天文理論,宇宙已經(jīng)誕生了約138.2億年,但在宇宙誕生很久以后都沒有天體形成,大約在數(shù)億年后才有第一個天體的形成,宇宙在這個天體“真空”期到底干了啥呢?第一顆恒星在哪里?第一個星系在哪里?第一顆行星又在哪里?
宇宙是怎么誕生的?真空期宇宙到底干了什么?
天文學(xué)家是從宇宙膨脹的現(xiàn)象反推出宇宙誕生于一次大爆炸的,勒梅特在上世紀(jì)根據(jù)愛因斯坦的廣義相對論引力場公式計算出了宇宙會處在動態(tài)膨脹中,而哈勃的觀測則證明這一點,因此最早期宇宙大爆炸論被勒梅特提了出來。
后來伽莫夫根據(jù)大爆炸理提出了太初合成理論和他的同事拉爾夫·阿爾菲和羅伯特·赫爾曼則提出了大爆炸的余暉宇宙微波背景輻射的預(yù)言!當(dāng)然大家都知道了,隨著射電望遠(yuǎn)鏡的發(fā)展,太初合成理論和微波背景輻射都得到了驗證,所以大爆炸理論開始被普遍就接受。
宇宙是怎么誕生的?
大爆炸理論認(rèn)為宇宙誕生于一個范圍極小的區(qū)域,在138.2億年前的某個時刻,這個區(qū)域發(fā)生了暴漲,這團(tuán)暴漲的能量在急速的膨脹過程中溫度漸漸降低,宇宙從一團(tuán)能量中逐漸誕生出夸克和膠子,再從夸克膠子中誕生重子(質(zhì)子和中子)物質(zhì),然后開始了最初核合成,氫和氦以及少量的鋰元素就是那個時候誕生的,而此時,宇宙才剛剛過去了20分鐘而已!
“真空期”宇宙在干嗎
溫度繼續(xù)下降,太初核合成階段結(jié)束,宇宙中充滿了高溫的離子和電子,因為此時溫度仍然很高,所以還要等宇宙繼續(xù)膨脹,等到大約37.7萬年后,宇宙膨脹的龐大體積已經(jīng)讓溫度下降到了電子足夠被離子捕獲,首先形成的氦原子,再是氫原子和鋰原子,此時宇宙中的物質(zhì)以中性的原子為主導(dǎo),光子得以從這團(tuán)等離子物質(zhì)中解脫出來,這個階段被稱為光子退耦。
所以我們現(xiàn)在看到的宇宙微波背景輻射就是宇宙大爆炸時誕生的光,但被宇宙誕生的初期的等離子濃湯封印了37.7萬年,它本來就是一團(tuán)無比耀眼的光芒,但它已經(jīng)被宇宙膨脹的高速拉扯成電磁波,所以你會發(fā)現(xiàn)一個喪氣的結(jié)果,無論人類的射電和光學(xué)望遠(yuǎn)鏡多么先進(jìn),永遠(yuǎn)都不可能突破微波背景輻射!
三顆衛(wèi)星的宇宙微波背景輻射
宇宙黑暗時期
從大爆炸的第一縷光以后,宇宙就進(jìn)入了黑暗時期,因為此時沒有任何天體,宇宙在繼續(xù)膨脹,理論上均勻膨脹的宇宙并不會形成任何一個天體,但就在這差點不幸的宇宙中,出現(xiàn)了一點點的差異,就是這一點差異導(dǎo)致了膨脹過程中產(chǎn)生了物質(zhì)分布不均勻,這就是未來恒星形成的種子!
第一個星系和第一顆行星
第一顆恒星來自于彌散在宇宙中的星云分布密度不均勻,金斯不穩(wěn)定性的幾種坍縮方式告訴我們,當(dāng)分子云熱壓力不足以對抗引力時,就會在引力作用下發(fā)生坍縮,開啟誕生恒星的第一步,出現(xiàn)巴克球狀體。它可能分裂成一個或者多個坍縮區(qū)域,每一個坍縮區(qū)域都可能形成一顆恒星,可能會形成以下幾種天體:紅矮星、黃矮星、藍(lán)矮星、藍(lán)巨星,超巨星!
斯皮策太空望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)的三裂星云中的胚胎恒星
各個恒星有它的不同用處,紅矮星的壽命超級久,高達(dá)數(shù)千億至上萬億年,所以宇宙最初誕生的紅矮星到現(xiàn)在仍然還沒有度過它的童年!
黃矮星和藍(lán)矮星則會形成白矮星和中子星,而白矮星吞噬伴星可能會形成Ia型超新星爆發(fā),成為宇宙中用來測量距離的標(biāo)準(zhǔn)燭光,而中子星如果磁極與自轉(zhuǎn)軸不一致的話則形成了脈沖星,變成宇宙中可以用來定位或者導(dǎo)航的燈塔。
藍(lán)巨星和超巨星未來的命運則是超新星爆發(fā),當(dāng)然藍(lán)矮星也可能會達(dá)到超新星的標(biāo)準(zhǔn),這個過程非常重要,因為未來的行星和除了氫氦鋰三種元素外,宇宙中的所有元素都是恒星制造出來,并且由超新星爆發(fā)擴(kuò)散到宇宙中(黃矮星也能形成行星狀星云,不過效率太差,)
誕生行星
如果恒星質(zhì)量足夠,物質(zhì)會從氫元素開始聚變到鐵元素,但之后則無法再聚變,最終內(nèi)核坍縮形成超新星爆發(fā)(各種超新星爆發(fā)機(jī)制并不一樣),將從氫到鐵以及早超新星爆發(fā)過程中快中子捕獲形成的重元素統(tǒng)統(tǒng)擴(kuò)散到了宇宙中。
這個彌散的星云會在宇宙中擴(kuò)散很久,一直到某天受到擾動又開始坍縮,再來一次恒星誕生過程,這次不一樣了,因為存在了各種元素,因此在恒星坍縮的過程中,行星誕生機(jī)制開始起作用,誕生恒星的坍縮星云渦流中將誕生行星。
誕生星系
星系并不是一大片星云中誕生星系的,從銀河系誕生理論中可以知道,星系是由一個巨大的引力中心比如黑洞引力逐漸俘獲各個星團(tuán)形成星系的,而且銀河系到現(xiàn)在都還在吞噬人馬座矮橢球星系,它已經(jīng)被銀河系的引力撕裂成了環(huán)繞銀河系公轉(zhuǎn)“指環(huán)”!
黑洞從哪里來?兩個來歷,一個是宇宙大爆炸時誕生的原初黑洞,這是有誕生時高密度物質(zhì)坍縮而成的,另一種則是大于20倍太陽質(zhì)量恒星超新星爆發(fā)時誕生,但恒星型黑洞質(zhì)量很難增加,即使黑洞合并也不能無限制增長,畢竟概率比較??!所以星系中心的黑洞很有可能來自宇宙誕生之初的原初黑洞。
迄今為止發(fā)現(xiàn)的最遙遠(yuǎn)星系:第一個星系的優(yōu)選對象
已知最古老的系外行星:127億年前
第一代超貧金屬紅矮星 2MASS J18082002-5104378
很難那確定是不是第一個,但至少找到了一些典型的代表,驗證下這些理論是否準(zhǔn)確,比如第一代紅矮星因為宇宙中都是氫元素,所以金屬元素極少,那么當(dāng)我們找到這樣的恒星時,一來符合模型,二來表示它誕生的時間非常早,因為紅矮星的質(zhì)量導(dǎo)致它終身演化不出超過氦的元素。
地球算老幾?未來還會有新的行星誕生嗎?
地球是將近五十億年前一顆恒星的超新星爆發(fā)后擴(kuò)散的星云中形成的,這一片星云在某次臨近的超新星爆發(fā)中受到擾動開始了坍縮,形成了太陽,在太陽這顆原恒星周圍的吸積盤中誕生了各大行星,因此地球再古老都不會大于太陽的年齡,兩者的物質(zhì)理論上是同時誕生的,但地球誕生比太陽要稍晚一些,因為地球的形成符合吸積盤中渦流擾動坍縮形成行星的理論。
ALMA亞毫米波射電望遠(yuǎn)鏡陣列觀測HL Tauri的塵埃連續(xù)譜圖像
太陽系中未來不可能再誕生行星,因為小行星帶質(zhì)量即使全部加起來也只有1000千米直徑左右的天體,而柯伊伯帶也一樣,太陽系誕生已經(jīng)將奧爾特云的絕大部分物質(zhì)收集,除了傳說中太陽系中還有未被發(fā)現(xiàn)的第九大行星之外,太陽系中不會再誕生一顆新的行星!
第九大行星在哪里?
宇宙中行星的誕生則是非常普遍的一件事,包括金牛座以及獵戶座中,有大量正在誕生中的行星盤,在這些同心圓中任何一條暗環(huán),都代表這一顆新的行星誕生,當(dāng)然它們中哪一顆行星上存在生命,則是誰都不可能知道的,因為未來的一切都有可能。
在距離地球約640光年的獵戶座參宿四,這是一顆已經(jīng)行將就木的古老恒星,內(nèi)核的不穩(wěn)定已經(jīng)導(dǎo)致它光度變化范圍超過2.5倍,這是一顆質(zhì)量大約在太陽15~20倍的恒星,它的未來將會產(chǎn)生II型超新星爆發(fā),若干年之后也許在它爆發(fā)后的殘骸中,會誕生一個行星系,上面也許會有一顆宜居行星,誕生的文明也許會開始思考,他們究竟來自哪里,但很可惜無法告訴他們?nèi)祟愐娮C了他們誕生的過程。
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