Come possono esserci 1.000 antenati stellari davanti al nostro Sole?

Di recente ho sentito da alcune fonti ^* che il Sole è una stella della millesima generazione, il che significa che aveva un migliaio di stelle che lo precedevano in base al suo contenuto di elementi pesanti.

Capisco che le supernovae delle stelle precedenti hanno creato gli elementi più pesanti e quelli sono stati incorporati nel Sole quando si è formato e possiamo calcolare la generazione sulla base di ciò.

La mia domanda si basa sull'età dell'universo e sull'età del Sole e sull'età media delle stelle nella galassia.

Fondamentalmente, l'universo ha ~ 13,7 miliardi di anni, il sole ha ~ 4,6 miliardi di anni (e ha ~ 5 miliardi di anni di vita rimasti), il che significa che si è formato quando l'universo aveva ~ 9,1 miliardi di anni.

Perché 1.000 stelle vivano in quel lasso di tempo, quelle stelle dovrebbero avere una durata media di circa 9 milioni di anni (escluso il tempo tra le stelle). Ciò equivale a ciascuna di quelle migliaia di stelle con una massa media di ~ 100-150 masse solari, quindi le loro vite sarebbero sufficientemente brevi da non superare quella durata di circa 9 milioni di anni.

Quindi, in sostanza, c'erano 1.000 stelle che vivevano e morivano prima del nostro Sole, tutte enormi mostri. Tutto questo sembra così improbabile. Come può essere?

^{* Programmi TV, non ricordo quali}

Il Sole è in realtà una stella di terza generazione. Ciò che intendo con questo è che ci sono elementi chimici nel Sole che sono stati creati all'interno di un'altra stella, ma quella stella stessa può aver fatto solo quegli elementi perché conteneva materiale che doveva anche essere stato creato all'interno di stelle di seconda generazione precedenti. Alla fine torniamo alle stelle di prima generazione, nate dal gas primordiale del big bang che non conteneva quasi nessun elemento pesante (oltre all'elio).

È piuttosto un boccone, quindi lasciami spiegare usando un esempio: il bario.

C'è del bario al sole. Possiamo dirlo guardando lo spettro e vedendo le linee di assorbimento dovute al bario. Ma il bario non può essere prodotto al sole. Il bario viene prodotto mediante il processo s , che prevede la lenta cattura dei neutroni sui nuclei degli elementi di picco di ferro. Ciò accade durante la fase del ramo gigante rosso asintotico dell'evoluzione stellare e il Sole ha circa 6 miliardi di anni prima di arrivare a quel punto. [NB: nemmeno la metà dell'abbondanza di elementi chimici oltre al ferro è prodotta da esplosioni di supernovae ]$^1$

Quindi, prima del Sole, doveva esistere una stella - probabilmente una stella di massa intermedia - che si è evoluta fino a diventare un gigante, ha fatto il bario al suo interno, quindi ha perso la sua busta attraverso un enorme vento nel mezzo interstellare e quel materiale è stato incorporato nel protosun. Tali stelle (tra, diciamo, 2 e 10 masse solari) avrebbero una durata molto più breve del Sole , quindi un sacco di tempo per vivere e morire prima della nascita del Sole.$^2$

Ma aspetta un minuto! Quella stella precedente doveva già avere elementi di picco di ferro al suo interno per fungere da "seme" per la produzione di bario con processo a S. Questi non erano e non potevano essere fatti all'interno di quella stella. Devono essere stati creati in una stella precedente, probabilmente una stella massiccia, che ha bruciato tutti gli stadi della fusione nucleare prima di esplodere come una supernova, gettando nel mezzo interstellare elementi pesanti, inclusi elementi di picco di ferro. Anche questa stella precedente avrebbe potuto avere i suoi antenati (ricchi di metalli), ma alla fine, tornando indietro nel tempo, raggiungiamo un punto in cui la stella precedente era la primastella di generazione, realizzata con gas H / He primordiale, quasi senza elementi pesanti. Queste prime generazioni (conosciute anche come stelle della popolazione III, solo per essere confuse) probabilmente furono molto massicci e di breve durata - alcuni milioni di anni. Sarebbero nati quando l'universo aveva poche centinaia di milioni di anni e oggi non possiamo vederne esempi nella nostra Galassia.

Per cercare di definire più precisamente cosa intendo per "generazione".

• Prima generazione - realizzata con materiale big bang primordiale.
• Seconda generazione: una stella prodotta solo dai detriti di stelle morenti di prima generazione, arricchita in elementi pesanti ma priva di elementi primari del processo a S.
• Terza generazione - una stella realizzata con materiale già arricchito con elementi pesanti e inclusi elementi che sono prodotti nel processo s all'interno di stelle della seconda (o terza) generazione precedenti.

Ecco perché sostengo che il Sole possa essere classificato come una "stella di terza generazione" - contiene atomi / nuclei che devono essere stati all'interno di almeno due stelle precedenti.

Ma non dovresti prenderlo troppo alla lettera. Ci sono granelli di materiale intrappolati all'interno di meteoriti costituiti da solidi che erano già presenti nel materiale pre-solare. Questi sono importanti perché si pensava che questi grani si fossero formati in singoli eventi stellari e che si possano studiare le loro composizioni isotopiche. Questi ci dicono che il Sole si è formato da materiale che è stato dentro molte stelle diverse di diversi tipi.

L'evoluzione stellare e i calcoli della nucleosintesi ci raccontano la stessa storia. Ad esempio, mentre la maggior parte del nostro ossigeno è stato prodotto in stelle massicce che hanno subito una supernova di collasso centrale, tali eventi non producono così tanto carbonio. Il rapporto C / O ci dice che la maggior parte del nostro carbonio proviene dai venti delle stelle AGB di massa intermedia. Elementi pesanti come l'uranio possono essere prodotti in modo dominante nelle collisioni di stelle di neutroni, ma altri come il bario e lo stronzio no.

I dettagli di quanti antenati hanno contribuito al Sole non hanno una risposta semplice. Gran parte dell'idrogeno solare e dell'elio potrebbero essere incontaminati; alcuni avranno attraversato più di una stella. Gli elementi più pesanti (tranne un po 'di litio) saranno passati attraverso almeno una stella. Il fatto che abbiamo elementi di processo S come Ba, Sr, La e Ce, che sono formati dalla cattura di neutroni su elementi di picco di ferro, ci dice che hanno attraversato almeno due stelle.

Tuttavia, si tratta di vasti sottostimati. La miscelazione nel mezzo interstellare è ragionevolmente efficace. Il materiale emerso da supernovae e venti stellari 5-12 miliardi di anni fa ha avuto un sacco di tempo per mescolarsi in tutta la Galassia prima della nascita del Sole. Le instabilità di turbolenza e taglio, spinte dai venti e dalle supernovae da stelle massicce, dovrebbero distribuire materiale su scale di lunghezza galattica in un miliardo di anni o meno ( Roy & Kunth 1995 ; de Avillez & Mac Low 2003 ), sebbene le disomogeneità locali associate alla recente recente gli eventi possono persistere per anni. Se questo è il caso, allora il Sole è il prodotto delle miliardi di stelle che sono morti prima di nascere.$10^{8}$$\sim$

Il motivo per cui sei confuso con la tua discussione sulla vita è che hai ignorato la possibilità che il Sole sia fatto da stelle che vivevano allo stesso tempo in diverse parti della Galassia. Il materiale che hanno espulso verso la fine della loro vita è stato appena mischiato a fondo.

$^1$ Il resto è prodotto dal processo s nelle stelle AGB di massa intermedia; attraverso eventi nova su nani bianchi; o forse, nel caso degli elementi più pesanti, attraverso la collisione di stelle di neutroni (vedi questa domanda di Fisica SE ).

$^2$ Un'espressione approssimativa per la durata di una stella è miliardi di anni.$10 (M/M_{\odot})^{-5/2}$