对人类来说,恒星似乎是亘古不变的,但其实恒星也有自己的生命周期。当漂浮在太空中的尘埃和气体遇见彼此,并被加热时,恒星就可能诞生。根据恒星的大小,它们能够燃烧数百万到数十亿年,最后走向毁灭。


在恒星的生命尽头,它们开始向周围喷出一些更重的元素,这些物质冷却后形成了尘埃颗粒。一旦尘埃颗粒形成,辐射压力会将颗粒推入星际介质中,这些颗粒就会在星系中游荡。它们最终或许会形成新的恒星,以及新的行星、卫星,还有陨石。


早在太阳诞生之前,一些比太阳更古老的星尘颗粒就被“困”在陨石中,它们在陨石里“静静等待”了数十亿年。直到约半个世纪前,有这样一颗陨石坠落在澳大利亚。近日,芝加哥大学等机构的科学家在这颗陨石中找到了迄今为止地球上发现的最古老的固体物质,这些形成于50亿到70亿年前的星尘就像“时间胶囊”,它们提供了一些线索,告诉我们在太阳形成之前宇宙中发生的事情。



○ 颗粒的电子显微镜照片。| 图片来源:Janaína N. Ávil


尽管早期的地球布满了这种比太阳系还古老的颗粒,但由于地球的板块构造运动、火山作用等原因,它们的存在早已经被抹去。现在,这种颗粒非常难找到。在坠落地球的陨石中,只有约5%的陨石包含这样的颗粒,而且这些颗粒都很小,一般只有几微米,大约只是我们头发直径的几十分之一。


1969年,这样的一颗陨石从天而降,落在澳大利亚默奇森附近。陨石落下后碎成了许多碎片,收集到的样本总重量超过100千克。默奇森陨石是迄今被研究得最多的陨石之一,它带来了关于太阳系的许多秘密。


这项新研究中的这些颗粒,是在约30年前从默奇森陨石中分离出来的。研究的合著者、芝加哥大学和菲尔德博物馆的研究生Jennika Greer介绍,研究人员首先将陨石的碎片粉碎成粉末,充分研磨后,陨石就变成了一种糊状物,而且带有一种刺鼻的味道,闻起来就像是腐烂的花生酱。然后用酸溶解这种“烂花生酱陨石膏”,直到只剩下颗粒。这些是碳化硅(SiC)颗粒,相比于其他类型的颗粒,碳化硅是最稳定的一种。它的晶体非常紧密。


在这些颗粒被分离出来后,研究人员利用了一个基于宇宙射线的严格的流程,来确定它们来自什么类型的恒星以及它们的年龄。尽管研究人员已经知道这些颗粒形成于太阳系诞生之前,但新的研究对颗粒的年龄有了更精确的估测。研究的通讯作者Philipp Heck表示,他们之所以能够取得这项突破,部分要归功于NASA旅行者1号探测器的数据。2012年,当旅行者1号进入星际空间时,它获取了太阳系外宇宙射线的新数据,这些信息对定年十分重要。


Heck和同事使用了暴露年龄的数据,基本上就是测量颗粒暴露在宇宙射线下的时间。宇宙射线是能穿透固体物质的高能粒子,其中一些宇宙射线与物质相互作用,形成新的元素。它们暴露的时间越长,形成的元素就越多。通过测量颗粒中存在多少这些宇宙射线产生的新元素,研究人员就可以知道颗粒暴露在宇宙射线中的时间,这也就告诉了他们颗粒有多古老。


研究人员发现,根据颗粒与宇宙射线的相互作用,样本中的一些颗粒是迄今为止发现的最古老的固体物质,大多数颗粒的年龄在46至49亿年,甚至有一些颗粒超过了55亿年。而我们的太阳诞生于约46亿年前,地球是在约45亿年前诞生的。


○ 卵形星云是陨石中发现的碳化硅颗粒的一个可能来源。| 图片来源:Janaína N. Ávil


这些颗粒的年龄并不是这一新发现的终点。长久以来,科学家一直对恒星的形成速率有争论。新恒星究竟是以稳定速率诞生的,还是其形成速率随时间有所变化。由于这些颗粒是恒星死亡时形成的,它们还可以告诉我们恒星的历史。在70亿年前,大量新恒星形成,当时应该出现了一股恒星诞生的“婴儿潮”。


研究人员推测,70亿年前的这一时期许多新的恒星诞生,而大多数颗粒来自这些恒星。这些陨石带来的“礼物”给了我们新的直接证据,表明恒星形成的速率并非稳定的,而是存在波动。这也是研究的关键发现之一。


除此之外,研究人员还发现,这些古老的颗粒漂浮在太空中时会聚集在一起,形成大的团块,就像我们平时见到的早餐麦片一样。在此之前,没人相信在那么大的尺度下这种现象会出现。


Heck和他的同事们期待,所有这些发现能进一步加深我们对银河系的了解。“通过这项研究,我们直接确定了星尘的年龄。我们希望进一步深入研究,通过陨石中的颗粒去了解整个星系的生命周期。”Heck表示,“这是我所参与过的最令人兴奋的研究之一。”


参考来源:

http://news.uchicago.edu/story/uchicago-field-museum-scientists-discover-oldest-material-earth-7-billion-year-old-stardust
https://www.vice.com/en_us/article/z3bxdj/the-oldest-material-discovered-on-earth-is-7-billion-year-old-literal-stardust




在地球上,发现了比太阳还古老的星尘

图文简介

70亿年前!

  • 来源: 原理
  • 上传时间:2020-01-17