原标题:作为一个学天文的孩儿妈,我在儿子身上看到了130亿年前的宇宙 | 李海宁
宇宙大爆炸的3分钟里产生了大量的氢、一些氦和极其微量的锂,随后这波大爆炸“浓汤”开始冷却,直到2亿年时宇宙中才出现了第一代恒星,它们开始制造新的化学元素,最终形成了五彩斑斓的世界。来自国家天文台的李海宁副研究员,她的工作就是去寻找130亿年前最古老的恒星,破解它们身上携带的宇宙生命密码。
李海宁中国科学院国家天文台副研究员
以下内容为李海宁演讲实录:
大家好!我是来自国家天文台的李海宁。今天我向大家讲述的是天上的星星告诉我们的关于遥远星光的秘密,以及生命物质起源的故事。
像每一个妈妈一样,我心情不好的时候只要看一眼我的儿子,就会觉得什么都不是事儿了。但是作为一个学天文的妈妈,我在他的身上还能看见一件很奇特的东西,那就是130亿年前的宇宙,你相信吗?
他的身体里和我们一样,由很多种元素构成,其中最主要的有6种,包括水里面的氢和氧、有机物里的碳、牙齿和骨骼里的钙,以及蛋白质里面的氮,还有给我们细胞供能的磷。
别看我的儿子只有2岁,可是他身体里的这些原子,其实已经在宇宙的时空里穿越了百亿年的时间。是不是觉得我在讲一个科幻小说?
故事要从上个世纪40年代开始讲起,那时候的人们只知道大爆炸产生了氢、氦和锂,对于其他元素从何而来一无所知。这个时候一个叫弗雷德·霍伊尔的英国天文学家站了出来,他说:“是恒星产生了所有元素。”他发表了一篇文章,但是在学术界并没有引起多大的关注。
于是他找来了三个非常厉害的帮手,这四个科学家努力了好几年的时间,终于在1957年的时候,发表了一篇重要的文章,他们给出了一套完整的恒星如何合成元素的理论。
恒星的内部就是一个高温、高压的宇宙熔炉,我们在元素周期表上所能看到所有的元素都是在这里产生的。别看这篇文章没有抓人眼球的标题,也不是发表在Nature上,却赢得了诺贝尔物理学奖。
虽然很可惜得奖的不是霍伊尔,但是他非主流的观点确实刷新了我们对于宇宙起源的认知。所以现在我们知道了,恒星里的宇宙熔炉从130亿前年就开始生产各种各样的化学元素,那这么多的元素究竟是如何穿越了百亿年,最后来到太阳系进入我们的身体中呢?
我们来看一段视频。大约在137亿年前,“砰”的一声,宇宙大爆炸了,宇宙爆炸大约3分钟的时间产生了大量的氢、一些氦和极其微量的锂。这锅大爆炸“浓汤”开始冷却,冷却大概到2亿年的时候,宇宙里出现了第一代恒星,它们开始制造新的化学元素。这些恒星非常明亮而庞大,它们用极其壮烈的方式——超新星,结束了自己短暂的一生。
而它们所生产的这些化学元素被喷射到四面八方,并且遗传给了下一代恒星。就是这样,一代又一代的恒星,可谓前仆后继,使得我们宇宙当中化学元素的种类和数量不断地增加。直到有一天,恰好能够形成太阳系的生命了,我们就出现了。
正是因为这样,才有了《魔法炉》里那段十分经典的独白:“为了我们能够活着,数十亿、数百亿乃至数千亿的恒星死去了。我们血液里的铁、我们骨骼里的钙、我们每一次呼吸的氧,所有这些都是从地球诞生很久之前的星星的熔炉里炼制出来的。”
这是一张大家都很熟悉的元素周期表,有没有人一看到它就觉得头大呢?天文学家非常人性化,他们发明了一张特别的元素周期表,我们把所有比氦重的元素全部称为金属,注意是所有比氦重的元素,不仅仅是我们日常概念中的金属,这些金属元素的总和,就叫作金属含量。
随着宇宙不断地变老,金属含量这个“雪球”也越滚越大,每一代新诞生的恒星,它身体里的金属含量都会比它的祖先上一代稍微多一点点。一直到今天,这些“小鲜肉”恒星们,它们已经继承了成千上万代恒星的遗产,所以它们体内的金属含量已经是130亿年前老祖宗的200万倍。如果有一天你恰巧碰到一个金属含量很低的恒星,那么恭喜,你看到了宇宙的极早期。