南極洲隕石中有神秘星塵,新星爆炸和太陽系起源有何關聯?

作者:文/虞子期

在南極洲的隕石之中,科學家們發現了一小塊隱藏的星塵,它的形成時間可能比太陽系更久遠:在我們所在的太陽系形成之前,發生了一次古老的恆星爆炸事件,而它則被彈射到了我們的天體附近。同時,研究人員還表示這樣古老的物質只有1/25000英寸,它的形狀和“羊角麵包的形狀”類似,它的發現可以告訴我們關於太陽系起源的一兩件事。

南極洲隕石中有神秘星塵,新星爆炸和太陽系起源有何關聯?

顯微鏡下的它是什麼樣子

為了研究星塵,科學家們使用了各種型別的顯微鏡,發現它其實是由矽酸鹽(一種矽和氧組成的鹽)和石墨(一種碳)組合而成。與此同時,科學家們還對這些成分和模型進行了對比,從而確定了它的來源:可能是來自一種叫做新星的特定型別的恆星爆炸。

所謂新星爆炸,指的是發生在白矮星和普通恆星之間的能量交換,在這個過程中,這顆恆星燃燒掉了大部分核燃料,而白矮星則將另外一顆恆星作為自己的食物,吸收了足夠的新材料,然後在這次巨大的爆發中讓自己重燃,緊接著再將物質噴射到太空之中。這也就是樣本LAP-149星塵的形成,最後透過星際空間進入了太陽系附近。

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透過新星爆炸跟蹤宇宙進化歷程

跟蹤宇宙如何在進化歷程中播種重元素物質,超新星爆炸的出現時間是宇宙大爆炸之後僅30億年的時期,科學家們所採用的方法能夠發現數萬顆遠古超新星。一顆穩定的恆星,核心溫度上限一般為60億K,當巨大質量的恆星內部溫度遠遠高於其表面的時候,最大的超巨星的核心溫度會超過10億K。當溫度超過,恆星內部物質發射出的光子能量會很高,可以達到互相撞擊轉化為正負電子對的程度。

正是因為這樣的反應,恆星失去了自己的穩定,最後在異常巨大的爆炸中毀滅。在恆星的內部,主要是依靠核聚變來產生能量,透過這些能量對抗恆星本身的萬有引力,恆星的萬有引力會和能量釋放形成的向外擴張力形成制衡,從而達到穩定。也就說,在這個過程之中,恆星核心中的質量會堆積,然後引力越來越大,消耗氫的速度也會隨之加快。

其實,許多距離地球遙遠的超新星爆炸事件,一般都是在發生之後才被發現,因為光總是以有限的速度進行傳播。超新星的光譜分析,可揭示爆炸恆星的化學成分,也就是說,科學家們可以透過觀測多個超新星爆炸,從而達到跟蹤宇宙進化歷史的h化學成分的目的。我們將能夠看到更遙遠的超新星爆炸,甚至包括真實觀測到至今仍‘存在’的宇宙首個恆星。

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具有高水平的特殊碳的星塵

Tom Zega是亞利桑那大學月球和行星實驗室的副教授,也是這次研究的共同作者。他表示,古代恆星的化石遺物,就像這些“星塵顆粒”一般。還有一點很重要,因為它具有高水平的非常特殊的碳(碳-13)形式或同位素,所以必須從遠處傳播這片星塵。但是,之前從太陽系取樣的任何物體中,都不曾看到過如此高的水平。

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墮落之星是來自天空的石頭

比如,在1864年,有一個被叫做Orgueil的隕石墜落在法國,並且在2011年被科學家們掀起了一場風暴,美國宇航局科學家理查德·胡佛認為,掃描電子顯微鏡下看到的隕石中的細絲,可能是外星細菌的證據。 然而,其他科學家稱之為犯規,指出這些結構可能是由非有機過程造成的。

當流星進入行星的大氣層之時,它穿過天空的明亮路徑,這就是被大家稱為的流星。地球上發現的殘餘物,則被稱為了隕石,這便是當流星穿過大氣層,卻沒有完全燃燒所形成的產物。偶爾,隕石也會給地球帶來新的東西,比如那一枚落在非洲西北部的45億年前的隕石,科學家們在它的內部發現了一種叫做krotite的礦物質。在以前的探索中,從未在自然界中發現它的存在。並且,只有在高溫和低壓的環境下才能形成的它,很可能就是新興太陽系中最早的礦物之一。

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隕石本身的年齡更老的星塵

因為爆炸的發生,這些成分被拋入了星際空間,最終才形成了行星的種子。如此古老而罕見的發現,對我們深入瞭解太陽系的形成會有很大幫助。透過觀測結果,進一步證明了:建造太陽系,來自新星爆炸的富含碳和氧的顆粒對此有相當大的助益。雖然目前發現的星塵對科學家們來說還太小,但根據它來自隕石和自身的成分,可以推論出它至少已經有45億年的歷史,也就是我們的太陽系剛剛形成的時候。

宇宙中各種恆星的灰燼正在褪色或消失,這些便是其中的一些。另外,科學家們透過使用放射性同位素對隕石進行老化,結合它們被發現的時候是儲存在隕石內,從而得出它們會比隕石本身更老。像LAP-149這樣非常原始的隕石,很可能是太陽和行星形成之後的剩餘物。這種原始歷史的存在是驚人的,科學家們希望在未來可以分析更大的星塵標本。

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為何有構造太陽系這一說法

宇宙一直處在不斷的變化之中,太陽系自然也不會是一開始就存在、並且會永遠保持現狀下去。太陽系的形成也需要很多構造條件,雖然目前我們尚不完全清楚其中的細節。宇宙中除了太陽系的星球,也還有很多系外行星。科學家們目前發現的最年輕的系外行星,要比我們的太陽系年輕得多,距今不到100萬年。

直到20世紀90年代,系外行星才得到證實,天文學家們確信它的存在並不只是一廂情願,而是因為我們的太陽和其他星球旋轉的速度較慢,科學家們參與了一系列早期的系外行星發現。在系外行星被發現的時代之前,儀器只能測量低至每秒一公里的恆星運動,對於檢測由行星引起的擺動來說並不精確。即使是那些更好的儀器,但也會因為天文學家的經驗差別,有的人會更能從資料中挑選出微妙的訊號。