科學家使用激光和泡沫球成功複製太陽系誕生模型

2022年04月14日11:37
新星爆炸通過激發氣體和灰塵雲形成,從而促進太陽系誕生,目前,科學家在實驗室通過激光和泡沫球重現這一過程
新星爆炸通過激發氣體和灰塵雲形成,從而促進太陽系誕生,目前,科學家在實驗室通過激光和泡沫球重現這一過程

  4月14日消息,據國外媒體報導,近日,科學家在實驗室進行一項特殊實驗,他們使用激光和泡沫球複製了引發太陽系誕生的超新星爆炸過程。

  通常情況下超新星爆炸會釋放氣體和灰塵分子雲,它們是形成太陽和行星的“構造成分”,如果不受影響,分子雲可以永遠保持一種安靜的平衡狀態。受超新星爆炸產生衝擊波等外部事件的觸發效應,可以產生大量緻密物質,坍塌並形成恒星。

  依據法國巴黎理工學院研究人員的研究結果,這就是太陽系誕生的初始過程,這些事件從未被觀察到,數學模擬也無法衡量其中的複雜性,因此研究人員開始關注使用較普通的工具揭曉其中的謎團。

分子雲是形成太陽和行星的基礎元素,如果不受影響,能夠保持一種安靜的平衡狀態
分子雲是形成太陽和行星的基礎元素,如果不受影響,能夠保持一種安靜的平衡狀態

  研究人員使用一個泡沫球來代表分子雲中的稠密區域,同時使用高功率激光器發射衝擊波,該衝擊波可以穿透氣體進入泡沫球,他們通過X射線圖像觀察這一過程。

  幾十年以來,太陽系如何誕生一直是天文學領域理論探討和辯論的主題之一,而這項最新研究將從實驗角度開闢一條新途徑。法國研究人員的理論出發點是需要某種物質來激發氣體雲和塵埃,從而形成太陽、地球和其他行星。

  當一顆鄰近大型恒星發生爆炸,將釋放高能粒子衝擊波穿過太空,最終這些高能粒子可能會碰撞在平靜的星雲。這一過程導致灰塵和氣體環繞原恒星(分子層中灰塵和氣體密集區域)旋轉,從而使原恒星周圍逐漸形成行星,而不是坍縮進入太陽形成更大體積的恒星。

  目前天文觀測不具備足夠高的空間解像度來觀察這些過程,數值模擬也無法處理分子雲和超新星殘骸之間複雜的相互作用。因此,超新星爆炸產生新恒星的過程此前一直是個謎團,目前這項最新研究提供了新的線索,該研究小組使用高能激光和泡沫球模擬了超新星殘骸和分子雲之間的相互作用,泡沫球代表分子層中一個稠密區域,與未來演變成為太陽的原恒星相對應。

當遭受外部事件觸發時,例如:超新星爆炸產生的衝擊波,就可以產生大量緻密物質,這些物質會坍塌並形成恒星
當遭受外部事件觸發時,例如:超新星爆炸產生的衝擊波,就可以產生大量緻密物質,這些物質會坍塌並形成恒星

  高功率激光產生的衝擊波,代表著超新星爆炸的殘骸,通過周圍的氣體傳播到泡沫球中。實驗表明,恒星是由超新星爆炸產生的衝擊波形成的,該衝擊波通過氣體和塵埃傳播,形成一些緻密物質。

  這個簡單實驗將為宇宙演化提供新的線索,研究人員發現在一定的極限條件下,超新星殘骸會坍縮成一顆新恒星。

  研究報告合著作者布魯諾·阿爾伯塔齊(Bruno Albertazzi)說:“我們的原始分子雲,也就是太陽誕生的區域,很可能是由超新星殘骸觸發的,它將為天體物理學家在實驗室洞察太陽誕生之謎開闢一條新的、頗有前途的道路。”

  依據該研究小組的觀點,從遠古超新星爆炸噴射出來的殘餘物質,至今仍然可以在古老隕石樣本中找到。據悉,該研究小組成員來自德國柏林自由大學、俄羅斯科學院、英國牛津大學和日本大阪大學。

  這項研究結論表明我們的太陽系及其行星都是由超新星爆炸噴射物質形成的,超新星爆炸是大質量恒星生命的最後階段。

  阿爾伯塔齊說:“我們開始研究超新星殘骸和分子雲之間的相互作用,通過最新方法,可以在實驗室觀察泡沫球的平均密度是否增加,恒星的形成是否會變得更容易。”

  這些機制影響了恒星的形成速率和星系演化進程,有助於解釋大質量恒星如何形成,以及對太陽系產生怎樣的影響。實驗結果顯示,高功率激光轟擊下,泡沫球的泡沫部分被壓縮,部分被拉伸,從而改變了泡沫球的平均密度。

  超新星是太空中最大的爆炸事件,一顆大質量恒星的壓力下降到極限,最終無法抵抗自身引力,迅速發生引力坍縮,恒星在短短幾秒鍾就會崩潰坍塌,我們將該過程稱為超新星爆炸,其爆炸亮度令人難以置信,威力完全可以產生新的原子核。

  下一步研究將需要考慮實驗過程中泡沫球的拉伸質量,從而更好地分析壓縮物質和衝擊波對恒星產生的影響。此外,他們還計劃探索輻射、磁場和湍流等影響。目前,這項最新研究報告發表在《物質與極端輻射》雜誌上。(葉傾城)

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