事实如此浪漫

超新星和其他大爆炸:你的身体从何而来

“我们生命中的某些部分知道这就是我们的起源。我们渴望回归。我们能够。因为宇宙也在我们内部。我们是由恒星物质组成的。我们是宇宙认识自己的一种方式。”
卡尔·萨根,宇宙

卡尔·萨根的这句名言是他最著名的名言之一,而且有充分的理由:它表达了一种喜悦,一种我们与宇宙之间的联系,正是这种联系给了他著名的电视系列节目的标题。(我敢说)这是一个如此浪漫的事实尼尔·德格拉斯·泰森说得最多惊人的知识他会分享关于宇宙的事情。

这是一个激动人心的想法:我们身体中几乎每一个原子都经过一颗恒星,许多原子也是由恒星锻造的。我们脚下的岩石也是如此,充满灯泡的气体,我们呼吸的空气,甚至labradoodles.我们的星系包含数十亿颗行星,既流浪又恋家几乎可以肯定的是,银河系在这方面并不是独一无二的。这些行星中的每一颗,无论是否有生命,都是由恒星物质构成的。当你认为地球生命中许多“正常”的物质,碳,氧,氮,铁,钙,硫等等都包含了宇宙中大约1%的原子时,这就更令人惊奇了。

我们是很常见的;我们是罕见的。

我们身体里原子的故事就是真正意义上的宇宙故事。血红细胞中铁原子核中的质子可能是在大爆炸中诞生的,经过了几颗恒星,然后被抛过了银河系,最后在你身体的当前位置结束。

蝴蝶星云:行星状星云NGC 6302是一颗温度极高的恒星,它产生并释放出大量含有硅、氧和碳分子的尘埃云。 NASA、ESA和哈勃SM4 ERO团队

宇宙中的大多数原子都是氢——最简单的原子,它的原子核只有一个质子,而其余的大多数原子都是氦——仅次于氦的最小原子。这些原子中的大多数(以及少量锂和硼)是在大爆炸后的几分钟内诞生的。尽管高温高压,但根本没有时间制造出更多更重的原子核。早期的宇宙是化学简单的。。当unvierse的第一代恒星合并时,它们主要由单电子和质子(即氢)组成,因为这是可用的。然而,根据我们的模型,这些恒星是巨大的,因此它们很快将可用的氢熔合成氦,因此寿命相对较短。一旦核心的氢供应耗尽,恒星将经历一系列的终寿膨胀和收缩,新的熔合过程锻造碳、氧,如果恒星质量足够大,则会产生更重的元素。(我们的太阳在它生命的主要部分,从氢燃料用完大约50亿年。)

对于宇宙中早期的大恒星来说,它们的生命在超新星爆炸中戛然结束,超新星爆炸的温度和能量足以自行产生新元素,在一个地方提供了一个破坏性和创造性的环境。就在它们撕裂恒星的同时,爆炸产生了新的化学元素并将其抛向太空。第一批恒星可能是由氢产生的,但它们死于较重的原子云中。与原始的氢和氦相比,这些新元素的数量仍然不多,但即使它们的数量很小,也足以开始改变宇宙的化学结构。

生命的化学也起源于这里。氢是大爆炸后产生的,但如果没有来自恒星的氧气,就不可能有水。你的身体大部分是由水组成的(尽管百分比取决于你如何计算),我们所知道的所有生命都依赖于液态水。水中的氢穿过一颗恒星,与恒星产生的氧结合,在数十亿年后成为你表皮细胞的细胞质的一部分。

第二代恒星是由第一代恒星的碎片形成的,并不是所有的恒星都是巨大的、快速燃烧的;许多人至今还在。那些然而,大质量行星的寿命同样很短,也死于超新星,并将更多的元素分散到太空中。你血液中的血红蛋白中的铁就是在这样的爆炸中产生的。

超新星并不是濒死恒星传播化学物质的唯一方式。巨大的垂死恒星的大气层只受到重力的微弱束缚。当它们脉动时,会以恒星风的形式释放出大量气体。(与太阳类似的是太阳风,由于我们的恒星更安静,所以太阳风要平静得多。)远离恒星的较冷环境允许原子聚集在一起形成分子:甲烷和二氧化碳,其中一些是生命的前体。

参宿四——形成猎户座“肩膀”的一颗明亮的红色恒星——就是这样一个垂死的巨星。通过智利的超大望远镜(VLT)进行的观测发现,参宿四被一个巨大的喷射物质云包围,直径近20亿公里。云中含有丰富的富氧分子,尤其是二氧化硅,在地球上这是常见的沙滩沙子。一个硅原子你自己的主动脉被恒星风吹入太空

这张VLT图像显示了参宿四和它甩出的物质组成的星云。 ESO/P.Kervella

在恒星核心的外面是它们的外壳,因为温度太低而无法聚变,但却充当着另一种核反应堆的角色。来自核心的中子轰击恒星外层的原子,产生更重的元素,这些元素被恒星风带走。即使是稀有元素锝,它是不稳定的,不是自然存在于地球上的(它的名字甚至意味着“人造”),也是在巨星的外壳中产生的。你牙齿里的一些钙和你给宝宝喂奶的牛奶也是这样形成的。

即使是质量较小的恒星,它们不会爆炸死亡,它们的外层也会以行星状星云的形式慢慢脱落,在太空中播撒元素和有机分子,包括氨基酸,你和其他所有生物体内发现的蛋白质的基石。其他类型的恒星死亡白矮星爆炸脉冲星的碰撞也可能是某些原子的原因。

太阳及其行星和生物坐在一起思考这些东西,既不是第一代恒星,也不是第二代恒星。我们的太阳系是由一个星云形成的,该星云本身就是至少一颗恒星的墓地,其中含有足够的铁和镍,足以构成地球、月球和其他岩石世界。事实上,研究人员已经在陨石中发现了两颗二氧化硅颗粒——几乎小得难以想象的样本——含有氧的同位素,这些氧不是由恒星大气形成的,但与超新星产生的氧相匹配。

不管具体的来源是什么,在濒死恒星的聚变和其他核过程之间,伴随着风和爆炸来分散它们的产物,恒星提供了地球上几乎所有的元素以及将它们带到太空的方法。这些原子的故事和它们从时间之初到我们身体的旅程是我们的背景故事。更妙的是,这是一个我们与拉布拉多、陨石、石头和奔流小溪分享的故事。我一点也不会改变它。


马修·弗朗西斯是一位物理学家、科学作家、演说家、教育家,经常戴着一顶时髦的帽子。他目前正在写一本关于宇宙学的书,暂定名为,《小路,黑暗的天空:宇宙之旅》


4评论-加入讨论