如果在柯伊伯帶誕生一顆恆星,會形成一個和太陽系一樣的星系嗎?

田園書香


如果在柯伊伯帶誕生一顆恆星,會形成一個和太陽系一樣的星系嗎?

柯伊伯帶是太陽系外側,具體說來是海王星公轉軌道之外、由眾多星際物質和小行星體構成的一個圓盤狀區域,距離太陽30-50個天文單位。它是由愛爾蘭天文學家艾吉沃斯首先提出的,然後由柯伊伯於1951年通過科研論文的形式進行了完善,推測在太陽系形成的早期,其外圍就擁有這種盤狀結構。而在此之前人們發現的冥王星及其衛星卡戎就處於柯伊伯帶之內,後來,在1992年,天文學家在此區域內發現了除冥王星和衛星卡戎之外的第一個柯伊伯帶天體,此後又陸續發現了幾千個小行星體。距科學家估計,柯伊伯帶內的小行星天體數量要在百萬顆以上。那麼,這麼多的小行星天體,能否聚合形成一個恆星,然後形成恆星系呢?

恆星形成的條件

從宇宙演化的進程來看,一顆恆星的形成是極其艱難的,必須要有足夠的物質基礎作保障,然後在外力的推動之下,通過眾多星際物質的聚合這個途徑,緩慢地引發內部核聚變反應。具體來說,需要以下的幾個必備條件:

  • 星際物質聚合形成星環。恆星的誕生,離不開“濃密”的星雲空間,在引力波動以及星雲物質自身引力的影響下,星雲中的星際氣體和塵埃間,開始啟動激烈著的碰撞,從而引發星際物質的塌縮,使核心區域氣體密度劇烈增加,同時星際物質失去的引力勢能部分轉化為熱能,核心區域氣體的溫度也逐漸提升,最終形成一個內部壓力與引力相互平衡的星環狀態。

  • 更多的星際物質不斷增加核心質量。在星環對周圍星際物質巨大引力的作用下,使得周圍星際物質在圍繞它運轉的同時,一部分被巨大的引力吸進核心區,從而不斷壯大核心區的氣體質量,同時推動核心區溫度的不斷提升。因此,如果星環周圍沒有充足的星際物質,特別是質量很輕的氫元素時,恆星的胚胎將很難形成。

  • 內部巨大的壓力和溫度推動核聚變的形成。當核心區域質量越增越大,自身引力作用將氣體物質壓進內部的程度越來越高時,相應的內部壓力也越來越大,由引力勢能轉化為熱能的數值就越高,核心區域的氣體密度和溫度會達到一個臨界點,當溫度超過700萬攝氏度,就會激發氫原子核之間的聚變反應,兩個氫原子核聚合形成一個氦原子核和兩個正電子,同時釋放大量的能量。這時原始恆星就誕生了。

  • 恆星進入主序期。當內核的核聚變產生向外的輻射壓,與自身重力相平衡時,恆星就會處於相對穩定的狀態,一方面阻止恆星的膨脹,另外一方面阻擋了外圍星際物質繼續被內核吸引,恆星的體積就會趨於穩定,進入源源不斷向外界散發熱量的成年階段,即主序期。

據科學家們測算,如果恆星在形成初期,周圍星際物質的供給,達到不現有太陽質量的0.08倍時,最多隻能形成褐矮星,一種核心的溫度和壓力不足以達到產生氫原子核聚變的星體,僅靠星際物質聚合時轉化的熱能維持存在,然後在寂靜中慢慢冷卻。

恆星系中行星形成的條件

當然,一個恆星系的形成,首先要存在一顆處於主序期內的恆星,然後要有圍繞它運行的若干行星。通過剛才的分析,如果恆星的條件達到了,那麼也並不意味著一定能夠形成行星,主要取決於如下的條件:

  • 除了恆星形成過程中所吸收的大量星際物質之外,還必須要有剩餘的一部分星際物質,為行星誕生提供充足的物質來源。

  • 與恆星誕生前形成的星環時間要基本相同,在星環外圍也要通過碰撞和引力作用,形成若干物質密集的核心區,然後通過核心區的相互融合,組合成可以吸引更多星際物質加入的行星內核。

  • 行星內核受到恆星或者其它大型星體的引力影響,不會從根本上改變吸引星際物質、以及繼續發生物質聚合的進程。

  • 最後聚合而成的若干行星,要有固定的運行軌道,可以清除軌道內的其它天體,同時也不會被其它更大質量行星所清除。

柯伊伯帶的先天條件

據科學家們測算,柯伊伯帶的小行星數量眾多,還含有眾多的冰封物質,也是太陽系內短週期彗星的發源地,其總質量要比木星和火星之間的小行星帶大20-200倍。雖然其中包含的小行星數量眾多,但對比以上恆星和行星產生的必備條件,其仍然存在不可彌補的缺陷,主要表現在:

一是星際物質密度極低。從柯伊伯帶的分佈區域來看,其橫跨的寬度為30-50個天文單位,這個寬度要比小行星帶寬20倍以上,因此小行星之間的距離甚至要比小行星帶還要低很多。

二是缺乏核聚變的相應原料。對於原始恆星的形成來說,所吸收最輕的氫元素含量至關重要,否則能夠激發內部核聚變的條件就會更加苛刻。而柯伊伯帶這裡的氫元素含量非常低,基本上都被太陽和鄰近的氣態行星瓜分完畢,失去了聚合形成原始恆星最起碼的條件。

三是引力的作用效果有限。這裡距離太陽以及其它恆星系都很遠,受到的萬有引力作用非常有限,而且小行星之間的平均距離很遠,引力波動所引發的小行星之間的碰撞幾率要比小行星帶低很多,相互之間發生聚合的可能性微乎其微,更多的是通過碰撞改變運行軌跡,或者分解為質量更小的小行星。

總結一下

對照恆星和行星形成的條件,柯伊伯帶無論是從星際物質貯備,還是引力波動方面,都無法推動形成小行星相互之間的聚合,根本不會形成一個新的太陽。即使將一顆成熟的恆星放到那裡,由於周圍星際物質的密度很低,以小行星為核心來吸收這些星際物質成為行星的可能性也幾乎不存在,而且在恆星輻射推動的影響下,很多小行星將脫離原有的軌道,一部分重新在太陽系內進行分佈,另外一部分逃離太陽系。同時,在這顆新恆生和太陽引力的推動下,太陽系內所有行星的運行規律將進行重排,將形成一個部分行星圍繞太陽運行、另外一部分行星圍繞這顆恆星運行的雙星系統。


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如果在柯伊伯帶誕生一顆恆星,會形成一個和太陽一樣的星系嗎?

▲柯伊伯帶誕生稱為另一個和太陽一樣的恆星有一點不可能。因為柯伊伯帶形成太陽必須有熱核聚變的氫進入氦的核心,釋放能量穿過這顆新產生的恆星內部,然後再輻射到宇宙太空。

太陽系位於一個被稱為銀河系的星系內,直徑100,000光年,擁有約兩幹億顆恆星的棒旋星系。我們的太陽位居銀河外圍的一條旋渦臂上,稱為獵戶臂或本地臂。太陽距離銀心25000至28000光年,在銀河系內的速度大約是220公里/秒,因此環繞銀河公轉一圈需要2億2千5百萬至2億5千萬年,這個公轉週期稱為銀河年。



太陽系在銀河中的位置是地球上能發展出生命的一個很重要的因素,它的軌道非常接近圓形,並且和旋臂保持大致相同的速度,這意味著它相對旋臂是幾乎不動的。因為旋臂遠離了有潛在危險的超新星密集區域,使得地球長期處在穩定的環境之中,從而得以發展出生命。


廣義上,太陽系的領域包括太陽、4顆內行星、由許多小岩石組成的小行星帶、4顆充滿氣體的巨大外行星、充滿冰凍小岩石,以及被稱為柯伊伯帶的第二個小天體區。在柯伊伯帶之外還有黃道離散盤面和太陽圈,理論上存在的奧爾特雲。理論上的奧爾特雲有數以兆計的冰冷天體和巨大的質量,在大約5000天文單位,最遠可達10000天文單位的距離上包圍著太陽系,被認為是長週期彗星的來源。它們被認為是經由外行星的引力作用從內太陽系被拋至該處的彗星。奧爾特雲的物體運動得非常緩,,並且可以受到一些不常見的情況的影響,如碰撞或是經過天體的引力作用或是星系潮汐。



▲柯伊伯帶位於海王星外,它的主要成分是“冰”,不同於以岩石為主的內太陽系,外太陽系或者海王星區域,仍然是未被探測的廣大空間。這片區域似乎是太陽系小天體的世界(最大的直徑不到地球的五分之一,質量則遠遠小於月球),主要由岩石和冰組成。


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這個不用如果,是根本不可能的。

恆星不是憑空就能誕生的,恆星也是物質,是需要有物質,才可能形成恆星,如果沒有物質存在,恆星這麼會出現呢?



柯伊伯帶是位於海王星之外的一個區域,如果按照空間區域來看,其所佔的空間是非常大的。我們知道8大行星最外一顆是海王星,而海王星到太陽的平均距離是30個天文單位,也就是說一個半徑30天文單位的區域。而柯伊伯帶的範圍在30~500天文單位的廣大空間中,可以說其半徑是8大行星區域的十幾倍了。

但是,在這麼大的空間中,存在多少物質呢?根據目前的觀測結果,這裡所有的天體聚在一起,質量也只有地球的約1/10。是的,只有這麼一點點物質,大概5個月球質量吧。

就這些物質還想形成恆星?要知道整個太陽系中太陽的質量佔了約99.86%,而行星中質量最大的是木星,其質量也只有太陽的1/1000。



而形成恆星的最小質量是太陽的8%,換算成木星的話大約是80個木星,如果能找到80顆木星的物質的話,那麼就可以聚集成一顆恆星。

但是,地球的質量也只有木星的約1/318,柯伊伯帶那點物質根本都不夠木星塞牙縫的,更不要說形成恆星了。

當然,如果說一顆外來的恆星進入到太陽系內的話,那麼就比較複雜了,要看這顆恆星的質量和進入角度,帶來的結果也是不同的。但最大的可能是擾亂太陽系原本的行星,在兩顆恆星的引力作用下,行星都會改變軌道,打亂現在穩定的運行軌道。


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