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惊奇的发现!地球上最古老的物质竟然比太阳系还老?

2020/6/24 2:38:29 来源:原创 浏览:

摘要:科学家在陨石中发现了地球上已知“最高龄”固体物质-约50至70亿年前形成的星尘。比太阳还要古老的这些星尘叫做太阳前颗粒,有望向我们揭示银河系中恒星形成的奥秘-有直接证据表明70亿年前银河系存在一段恒星加速形成时期。

地球上已知的最古老的固体物质刚被识别出来,而它竟然比太阳系还早了至少几亿年。

根据一项新研究,这种微观尘埃颗粒是在距今约50亿到70亿年前的一颗遥远恒星中形成的。相比之下,我们的太阳只有46亿年的历史。最终,这些颗粒以陨石的形式来到了地球。

“这是我从事的最激动人心的研究之一,”菲尔德自然历史博物馆和芝加哥大学的宇宙化学家菲利普·赫

克说

图解:菲尔德自然历史博物馆 图源:wikipedia

“这些是有史以来最古老的固体物质,它们告诉我们星系如何形成恒星。”

虽然之前便有陨石中存在早于太阳系形成的颗粒的案例,这种颗粒也被称为“前太阳系颗粒”。这种颗粒确实很罕见,而且因为他们十分微小且深埋于岩石中使得他们难以被识别。

目前已知的一个含有前太阳晶粒的陨石是默奇森陨石

图解:华盛顿国立自然历史博物馆的默奇森陨石样本 图源:wikipedia

这是一块大型陨石,质量超过100千克(220磅),于1969年9月在澳大利亚默奇森上空爆炸,其碎片散布到整个区域。

菲尔德博物馆获得了默奇森陨石的一部分,其质量为52公斤,并花费了大量时间对这一部分进行研究。到1990年,他们从陨石内部发现了许多细微的被称为碳化硅的矿物晶粒,这些晶粒来自星际,也就是前太阳系形成的,但晶粒精确的年龄很难确定

图解:碳化硅晶体 图源:wikipedia

早在1990年代,通过将陨石磨成粉末并将不想要的硅酸盐用酸溶解的方法,就已经从陨石中分离出许多碳化硅晶粒。那时,科学家用来分析这些颗粒的工具并不像现在那样先进,因此赫克(Heck)和他的团队决定将这些颗粒进行全色域测试。

他们使用扫描电子显微镜,二次离子质谱和稀有气体质谱,来寻找因为暴露于宇宙射线下造成的影响。宇宙射线可以穿透诸如陨石之类的固体材料,并在碳化硅晶粒上留下痕迹。

赫克解释说:“这些宇宙射线中的一些与物质相互作用并形成新的元素。它们暴露的时间越长,形成的元素就越多。”

“相比之下,我将它与在暴雨中放一个水桶进行类比。假设降雨量是恒定的,则水桶中积聚的水量会告诉您水桶暴露了多长时间。”

通过检查40个碳化硅前太阳晶粒中是否有特定元素-氦3氖21的痕迹来揭示颗粒的年龄。在检查的结果中,一些年龄较大,超过55亿岁,但大多数年龄更小,介于46到49亿之间。

如此大量的年轻颗粒让人出乎意料,这揭示了一个关于银河系历史的惊喜。

赫克说:“我们的假设是,这些年龄在46至49亿年之内的大多数颗粒是在增强的恒星形成过程中形成的。”“在太阳系形成之前有一段时间,恒星以超过正常的恒星形成率形成。”

根据研究小组的发现,这个恒星形成的时期大约是70亿年前。当恒星到达其演化的高级阶段时,颗粒会凝结成流出物,然后被吹向太空,之后被吸收并整合成后来的默奇森陨石。

图解:艺术家描述的类太阳恒星的生命周期。从左下角的主序星开始,然后膨胀经过次巨星巨星的阶段,直到在右上角将外层抛离,形成行星状星云

由于无法预期这些粒子会幸免于难,例如,超新星冲击波是孤立存在的,因此研究小组推断这些粒子会粘在一起成团,而这会屏蔽其中的一些。

赫克说,在包裹在陨石中的微观颗粒中爆发出强烈的星暴,这证实了恒星形成起伏。

他说:“有些人认为星系的恒星形成率是恒定的。”“但是由于这些颗粒,我们现在有了直接的证据,可以证明在70亿年前我们的星系中有一个形成了增强的恒星的阶段。这是我们研究的主要发现之一。”

想到那些微小的颗粒在降落到地球上之前必须经历的所有事情真是令人难以置信。

该研究已在PNAS上发表。

作者: MICHELLE STARR

FY: Cissy

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