WikiEdge:ArXiv-2409.10638

• 标题：The Sun's Birth Environment: Context for Meteoritics
• 中文标题：太阳的诞生环境：为陨石学提供背景
• 发布日期：2024-09-16 18:12:06+00:00
• 作者：Steve Desch, Núria Miret-Roig
• 分类：astro-ph.EP, astro-ph.SR, physics.geo-ph
• 原文链接：http://arxiv.org/abs/2409.10638v1

摘要：陨石追溯了太阳原行星盘中的行星形成过程，但它们也记录了太阳诞生环境的影响。太阳是在像金牛座-御夫座这样的区域形成，其中有大约10^2颗星星，还是在像卡林娜星云这样的区域形成，其中有大约10^6颗星星，对太阳盘的大小，以及它从分子云中吸积气体的时间和距离，以及它如何获得像26Al这样的放射性核素，都有重要影响。为了为解读陨石数据提供背景，我们回顾了关于太阳诞生环境的已知信息。根据推断出的气体盘外半径约为50-90天文单位，盘内的径向运输，以及木星大气中的稀有气体丰度，太阳的分子云和原行星盘在其诞生和最初约10百万年的演化过程中，曾经历过大约30-3000的紫外线通量G0。根据柯伊伯带物体的轨道，太阳系随后在大约100百万年的时间里，经历了大约100太阳质量/立方秒的恒星密度，这强烈暗示了它是在一个有约束的星团中形成的。这些事实表明，太阳可能是在像猎户座星云边缘这样的区域形成的，可能距离中心约2秒差距。原行星盘可能在许多百万年的时间里吸积了气体，但几乎10^5年似乎更有可能。它可能从其分子云中继承了放射性核素，这些核素被超新星和尤其是狼瑞星风的输入所富集，并获得了典型的26Al量。

章节摘要

这篇论文是关于太阳诞生环境的研究，论文的主要内容可以概括如下：

1. 引言：介绍了太阳系的形成受到其诞生环境的影响，特别是诞生区域的恒星数量、紫外线通量和分子云的化学成分。研究的主要目标是确定太阳诞生时周围恒星的数量及其对太阳系未来演化的影响。
2. 太阳诞生环境的证据：
   • 天文学证据：通过分析海王星外天体（KBOs）的轨道结构，推断太阳系可能在一个恒星密度较高的区域形成，这与高质量恒星形成区域的特征相符。
   • 盘的截断：太阳的原行星盘大小提供了太阳可能在中等质量恒星形成区域形成的线索，这些区域的盘由于外部紫外线辐射而相对较小。
   • 木星的稀有气体丰度：木星大气中稀有气体的丰度表明太阳星云在形成早期经历了较高的紫外线通量。
3. 太阳形成于大质量恒星形成区域的证据：
   • 天文学证据：包括KBOs的分布、盘的截断和木星的稀有气体丰度，均表明太阳可能在一个类似于猎户座星云边缘的区域形成。
   • 陨石证据：通过对陨石的研究，发现太阳星云中的氧和硫同位素具有非质量依赖的分馏特征，这可能是由于太阳星云或分子云中CO和H2S的光解作用。
4. 结论：
   • 论文综合了天文观测、天体物理模型和行星与陨石数据，得出太阳可能在一个高密度的恒星形成区域形成，如猎户座星云的外围区域。
   • 太阳的原行星盘可能在太阳诞生后的几百万年内从分子云中吸积气体，且可能继承了来自分子云的放射性核素，如26Al。

背景介绍

这篇文献的背景主要集中在以下几个方面：

1. 太阳的诞生环境对行星形成的影响：
   • 太阳系的形成受到其诞生环境的显著影响，尤其是邻近恒星的数量和紫外辐射强度。
   • 太阳可能在类似金牛座-猎户座的低质量恒星形成区域或类似大麦哲伦云的高质量恒星形成区域中形成，这对太阳系的演化产生了长远的影响。
2. 太阳系的早期演化与邻近恒星的相互作用：
   • 太阳系早期可能受到邻近恒星的引力扰动，这影响了柯伊伯带天体的轨道结构，以及可能的行星形成过程。
   • 太阳系的原行星盘可能受到了外部紫外辐射的影响，导致气体和尘埃的分布发生变化，进而影响了行星的形成和演化。
3. 太阳系的放射性同位素起源：
   • 短寿命放射性同位素（如铝-26）在太阳系早期的存在，提供了太阳系形成和演化的重要线索。
   • 这些同位素可能来源于太阳系诞生时附近的超新星爆炸或沃尔夫-拉叶星风，对理解太阳系的化学组成和热演化至关重要。

综上所述，这篇文献的背景强调了太阳系形成和演化过程中，其诞生环境和邻近恒星的重要作用，以及这些因素如何影响太阳系的化学组成和行星系统的形成。

问题与动机

作者面对的研究问题包括：

• 太阳的原行星盘有多大？
• 分子云到太阳系的气体吸积持续了多长时间？
• 太阳系是如何获得26Al和其他放射性核素的，它获得的数量是否常见？
• 太阳是在高质量还是低质量的恒星形成区域中形成的？

研究方法

这篇论文通过综合分析天文观测、天体物理建模和行星及陨石数据，探讨了太阳的诞生环境。以下是该研究方法论的主要组成部分：

1. 天文观测数据：
   • 利用开普勒带天体（KBOs）的轨道结构，特别是“分离”的开普勒带天体（KBOs）的分布，推断太阳系早期可能受到邻近恒星的引力扰动。
   • 分析了冷经典开普勒带天体的轨道倾角和偏心率，推断原行星盘的尺寸和形状。
   • 通过木星大气中稀有气体的丰度，推测太阳星云受到的紫外线通量。
2. 天体物理建模：
   • 构建模型来模拟太阳系早期的动力学不稳定性，如海王星迁移和随后的开普勒带天体散射。
   • 使用模型来模拟外部紫外线辐射对原行星盘的光蒸发效应，以及其对盘尺寸和结构的影响。
3. 行星和陨石数据：
   • 分析陨石中的氧同位素组成，使用“三同位素”图来研究太阳星云中的氧同位素分馏。
   • 研究陨石中的硫同位素组成，探讨分子云中H2S的光解离过程。
   • 利用短寿命放射性同位素（如26Al）在陨石中的丰度，推断太阳星云的起源和早期太阳系的放射性加热历史。
4. 综合分析：
   • 将上述数据和模型结果结合起来，提出太阳可能在一个类似于猎户座星云外围的高恒星形成率区域形成，该区域的恒星密度和紫外线通量对太阳系早期演化有重要影响。
   • 讨论了太阳系在形成过程中可能经历的不同环境条件，如分子云的化学演化、邻近大质量恒星的辐射反馈，以及这些因素如何影响太阳系的结构和行星形成。

这篇论文的方法论分析结果表明，太阳很可能在一个高恒星密度和高紫外线通量的星形成环境中形成，这为理解太阳系的早期演化和行星形成过程提供了重要线索。

研究结论

根据提供的文献内容，这篇论文的主要结论可以概括如下：

1. 太阳形成环境的推断：太阳可能在一个类似猎户座星云边缘的区域形成，该区域距离中心大约2秒差距，恒星密度约为100 M⊙ pc−3，并且可能在一个能够维持约10亿年的束缚星团中。
2. 太阳形成时的分子云和原行星盘：太阳的分子云和原行星盘在其诞生和最初约1000万年的演化期间，可能暴露在紫外线通量G0约为30至3000的环境中。
3. 太阳系的早期演化：太阳系可能在一个恒星密度约为100 M⊙ pc−3的环境中暴露了约10亿年，这强烈暗示了它在一个束缚星团中形成。
4. 原行星盘的尺寸和演化：太阳的固体盘在演化后期（>5百万年）被推断为约50 AU，气体盘约为50−90 AU。太阳可能在其诞生后的几十万年内就停止了从分子云的吸积，但也有可能持续了数百万年。
5. 短寿命放射性核素的继承：太阳系可能继承了分子云中的短寿命放射性核素，这些核素是由超新星和沃尔夫-拉叶星风富集的，并且太阳系获得的26Al的数量对于在大质量恒星形成区域形成的恒星来说是典型的。

这些结论为理解太阳系的起源和早期演化提供了重要的背景信息，并且指出了太阳可能在一个高密度恒星形成区域中形成，这对行星形成和太阳系内部的许多过程有重要影响。