来自70亿年前的星尘，告诉了我们什么？

在50年前撞击澳大利亚的陨石中，科学家发现星尘形成于50亿至70亿年前，这也是地球上发现的最古老的固体物质。

资料来源:加纳村

资料来源:野外自然历史博物馆

翻译:陆家明

审校:、石

恒星是由空间中少量的尘埃和气体相互碰撞、挤压和加热而形成的。它们有一个特定的生命周期，会在燃烧数百万到数亿年后死去。当它们死亡时，它们会把气流中形成的粒子抛向太空。这些粒子形成的尘埃碎片最终会形成新的恒星、行星、卫星和陨石。在50年前撞击澳大利亚的陨石中，科学家发现星尘形成于50亿至70亿年前，这也是地球上发现的最古老的固体物质。这项研究已经在PNAS发表。

该论文的主要作者菲利普·赫克说:“这是我做过的最令人兴奋的研究之一。这些星尘碎片是地球上发现的最古老的固体物质，可以告诉我们银河系中的行星是如何形成的。”他还是菲尔德自然历史博物馆的馆长和芝加哥大学的副教授。

赫克和他的同事们研究的尘埃碎片被称为前太阳粒子，形成于太阳诞生之前。他说，“它们是恒星的固体样本，是真正的星尘。”这些星尘被困在陨石中，并保持了数十亿年不变，所以它们是记录太阳系形成前恒星变化的“时间胶囊”。

然而，太阳前面的粒子非常稀少，很难找到。落在地球上的陨石中只有5%有这样的粒子。它们的粒子非常小，100个最大的星尘粒子组合在一起形成一个可见的黑点。野外自然历史博物馆拥有最大的默奇森陨石碎片，由澳大利亚维多利亚市的默奇森市民提供给科学界。这颗陨石于1969年撞向澳大利亚，并含有珍贵的前太阳粒子。这项研究中的前太阳粒子是从30年前存放在芝加哥大学的默奇森陨石中分离出来的。

“这一切都是从陨石碎片破碎成粉末开始的，”芝加哥大学研究生、文章的合著者詹妮卡·格里尔解释道。“一旦所有的碎片都被分离出来，它们就成了一种有刺鼻味道的糊状物——闻起来像腐烂的花生酱。”陨石糊被酸溶解后，只有太阳前面的粒子会留下。赫克说，“这就像大海捞针。”

一旦前太阳粒子被分离，研究人员将需要找出它们来自哪种类型的恒星以及它们的年龄。“我们根据前太阳粒子暴露于宇宙射线(穿过银河系并穿透固体物质的高能粒子)的情况获得了它们的年龄数据，”赫克解释道。“一些宇宙射线与物质相互作用形成新的元素。这些粒子暴露在太阳下的时间越长，就会形成越多的新元素。”

他补充道，“我把这比作暴雨中的一个水桶。假设降雨量是恒定的，那么桶中积累的水就可以显示它暴露在暴雨中的时间。”通过测量太阳前面的粒子中宇宙射线产生了多少新元素，我们可以知道太阳前面的粒子暴露于宇宙射线的时间有多长——告诉我们它们有多老。

基于前太阳粒子吸收的宇宙射线，研究人员了解到样本中的一些前太阳粒子是迄今为止发现的最古老的粒子，其中大部分有46到49亿年的历史，有些甚至超过55亿年。应该指出，太阳的年龄是46亿岁。

碳化硅颗粒(前太阳能颗粒)的扫描电子显微照片。颗粒中最长的尺寸约为8微米。资料来源:加纳·Á·维拉。

然而，这项研究的终点并不是获得这些前太阳粒子的年龄。前太阳粒子是在恒星死亡时形成的。他们可以告诉我们恒星的历史。然而，70亿年前，大量的新恒星显然形成了。

“我们有比预期更多的前太阳粒子，”赫克说。“我们的假设是，这些前太阳粒子形成于49亿至46亿年前，在太阳系形成之前有一个恒星形成的增长期，那时会形成更多的恒星。”

对于新恒星的形成速度是否稳定，或者随着时间的推移，形成速度是否会越来越快和越来越慢，科学家之间一直存在争议，这一发现令人信服地证明了后一种观点。“有些人认为银河系中恒星形成的速度是恒定的，”赫克说。“多亏了这些前太阳粒子，70亿年前在银河系有一个恒星形成的增长期。这是我们研究的主要发现之一。”

赫克指出，这并不是他的团队意外发现的唯一事情。除了主要的研究问题，当研究太阳前面的粒子和宇宙射线之间的相互作用时，研究人员还了解到，太阳前面的粒子经常漂浮在宇宙中，并聚集在一起形成巨大的质量。“它们就像聚集在一起的燕麦片，”赫克说。"以前没有人认为这种粒子聚集是可能的."

赫克和他的同事希望这些发现将扩展我们对银河系的理解。他说，“通过这项研究，我们已经直接确定了星尘的寿命。我希望这将被接受并继续被研究，人们可以用它作为宇宙整个生命周期模型的初始信息。”

赫克指出，关于前太阳粒子和早期太阳系的寿命，仍有许多问题值得回答。他说，“我希望更多的人将致力于这项研究，并更多地了解我们的母星系——银河系。”

“我总是想用我手里的地质样本来研究天文学，”赫克说。“回顾银河系的历史是一件令人兴奋的事情。从这些星尘到达地球的最古老的物质(星尘)中，我们可以知道我们的母星、我们体内的碳源和我们呼吸的氧源。有了“星尘”，我们可以将物质追溯到太阳诞生之前。”格里尔说，“下一个最好的事情是能够直接从恒星收集样本。”

原始链接:https://phys . org/news/2020-0气象-最古老的物质-地球-十亿年前。

原标题:70亿年前的星尘，它能告诉我们什么？