南極洲發(fā)現(xiàn)來自遠(yuǎn)古超新星的塵埃

在南極洲雪層中發(fā)現(xiàn)的宇宙塵埃，可能來自數(shù)百萬前誕生的一顆超新星。這些宇宙塵埃經(jīng)過星際旅行后，最終落在了地球的南極洲。科學(xué)家之所以有這種推測，主要是因為他們發(fā)現(xiàn)這種塵埃中含有Fe-60同位素，它通常由超新星爆發(fā)釋放，但幾乎不存在于地球上。

為了收集這些太空塵埃，科學(xué)家分析了南極洲高海拔地區(qū)、德國科恩南極考察站附近超過500公斤的表層雪。一項新的研究表明，在這塊區(qū)域內(nèi)的雪，被地球灰塵污染的可能性最小。

隨后，研究人員將這些樣品送到位于德國慕尼黑的實驗室。他們將這些冰雪樣品融化后，過濾并獲得含有微量物質(zhì)的太空灰塵顆粒。當(dāng)科學(xué)家用量子加速器對這些灰塵中的粒子進(jìn)行檢測時，發(fā)現(xiàn)了罕見的Fe-60同位素——一種來自超新星的元素。

太空中充滿了超新星噴射或各種星體表面脫落的塵埃顆粒。目前，我們的太陽系正在穿越本地星際云團（LIC，巨大的太空塵埃云）。在地球上發(fā)現(xiàn)的這些星際云顆粒，或能讓我們了解太陽和太陽系行星是如何與這些太空塵埃相互作用的。

為了鑒定這些太空塵埃是否來源于遙遠(yuǎn)的超新星，科學(xué)家首先需要排除塵埃來源于太陽系的可能。從行星和其他星體上脫落的輻射性塵埃也會含有Fe-60同位素,但它們暴露在宇宙射線中時，還會產(chǎn)生另一種同位素Mn-53。研究人員將從南極洲采集的塵埃中Fe-60同位素和Mn-53同位素的含量進(jìn)行比較，結(jié)果顯示Mn-53的含量很低，因此不可能來自行星或其他星體的脫落。

那么，科學(xué)家又是如何知道塵埃中的Fe-60同位素，不是來自地球本身呢？當(dāng)?shù)厍騽傂纬傻臅r候，地表中確實含有很多的Fe-60同位素，但它們在漫長的時間里已經(jīng)衰變完了。核彈測試也會產(chǎn)生Fe-60同位素，但通過大氣循環(huán)達(dá)到南極洲的同位素量會遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于檢測到的結(jié)果。

Fe-60同位素也可能由核反應(yīng)堆產(chǎn)生；然而，核反應(yīng)堆會產(chǎn)生的Fe-60同位素幾乎微不足道，并且只會保留在反應(yīng)堆中。而想要在南極洲檢測到如此多的Fe-60，核反應(yīng)的等級需要特別大。而研究表明，即使是2011年發(fā)生的福島核電站重大核泄漏事件，也沒有如此多的Fe-60同位素流入大氣中。

之前，科學(xué)家僅在遠(yuǎn)古海洋的沉積物中或來自太空的巖石中，發(fā)現(xiàn)過Fe-60同位素。最近，在一項發(fā)表于《物理評論快報》網(wǎng)頁版的研究中，科學(xué)家表示，“這種同位素還存在于隕石或者月球上。當(dāng)排除地球來源和可能的宇宙來源之后，我們可以認(rèn)為第一次在南極洲發(fā)現(xiàn)的Fe-60同位素，來自于一顆數(shù)百萬年前誕生的超新星。”這些來自恒星爆炸的古老痕跡，有望成為了解宇宙結(jié)構(gòu)、演化的線索。（選自環(huán)球科學(xué)公眾號 譯文/石云雷）