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一顆垂死恆星的灰燼,揭示太陽系是如何誕生的!


博科園由亞利桑那大學領導的研究小組發現了一粒在一顆逝去已久恆星垂死掙扎時形成的塵埃。這一發現對現有一些理論提出了挑戰,這些理論認為,瀕死的恆...

- 2019年7月05日17時00分
- 科學文摘 / 博科園

博科園

由亞利桑那大學領導的研究小組發現了一粒在一顆逝去已久恆星垂死掙扎時形成的塵埃。這一發現對現有一些理論提出了挑戰,這些理論認為,瀕死的恆星是如何為宇宙播下形成行星的原材料,並最終形成生命的前體分子。在南極洲收集到的一顆球粒隕石中,這個微小斑點代表了真正的星塵,很可能是在我們的太陽存在之前,一顆爆炸恆星拋入太空的。儘管這些顆粒被認為是構成太陽和我們行星混合物的重要原料,但它們很少能在太陽系誕生後的動盪中倖存下來。

這篇論文的主要作者皮埃爾·海內庫爾(Pierre Haenecour)說:作為恆星的實際塵埃,這些太陽系前的顆粒讓我們了解了太陽系形成基礎。該論文計劃於4月29日在《自然天文學》(Nature Astronomy)網站上提前在線發表。它們還為我們提供了一幅恆星形成時狀態的直接快照。

這顆被稱為lap149塵埃顆粒是已知石墨和矽酸鹽顆粒的唯一組合,它們可以追溯到一種被稱為新星的恆星爆炸特定類型。值得注意的是,它在穿越星際空間的旅途中倖存了下來。並在45億年前,或許更早的時候,到達了後來成為我們太陽系的區域,在那裡它被嵌入了一塊原始隕石中。


由美國聯合航空公司(UA)領導的一個研究小組發現了這樣一個包裹在隕石中的顆粒(插圖圖像),它在我們太陽系的形成過程中倖存下來,並使用足夠靈敏的儀器對其進行了分析,這些儀器能夠識別樣本中的單個原子。圖片:University of Arizona/Heather Roper

新星是雙星系統,其中一顆被稱為白矮星的恆星核心殘餘物正在從宇宙中消失,而它的伴星要麼是一顆低質量主序恆星,要麼是一顆紅巨星。然後白矮星開始從它膨脹的同伴那裡吸取物質。一旦它吸收了足夠多的新恆星物質,白矮星就會以足夠劇烈的周期性爆發重新點燃,從而從恆星燃料中鍛造出新的化學元素,並將它們噴射到太空深處,在那裡它們可以進入新的恆星系統,並融入到原材料中。自從大爆炸後不久,宇宙只由氫、氦和少量鋰組成,恆星爆炸促進了宇宙的化學富集,導致了我們今天看到的元素過剩。利用美國聯合航空公司月球和行星實驗室先進的離子和電子顯微鏡設備,由Haenecour領導的一個研究小組分析了微生物大小塵埃顆粒到原子水平。

這個來自外太空的小信使被證明是真正的外星人——富含一種叫做C13的碳同位素。從太陽系任何行星或天體上採集的任何樣本,其碳同位素組成通常會有50個左右的差異,在lap149中發現的C13含量增加了5萬多倍。這些結果提供了進一步的實驗室證據,證明新星富含碳和氧的顆粒對我們太陽系的構成構成了貢獻。儘管它們的母星已經不復存在,但隕石中發現的單個星塵顆粒同位素、化學成分和微觀結構,為星塵的形成和恆星外流的熱力學條件提供了獨特約束。詳細分析揭示了更多意想不到的秘密:不像類似塵埃顆粒被認為是在垂死恆星中形成,lap149是已知的第一個含有富含氧矽酸鹽夾雜物的石墨顆粒。

該研究的主要作者皮埃爾·海內庫爾(Pierre Haenecour)在這裡用超高解析度電子顯微鏡拍攝了這張照片,該電子顯微鏡用於獲取星塵顆粒的化學和微觀結構信息。圖片:University of Arizona/Maria Schuchardt

發現讓我們得以一窺在地球上從未見過的過程,它告訴我們,當塵埃顆粒被新星驅逐時,它們是如何形成並在內部移動。我們現在知道,碳質和矽酸鹽塵埃顆粒可以在同一顆新星噴出物中形成,它們在噴出物中穿越化學上截然不同的塵埃團塊,這是新星模型預測到的,但從未在樣本中發現過。

不幸的是,lap149沒有包含足夠的原子來確定它的確切年齡,所以研究人員希望在未來能找到類似的、更大的樣本。美國聯合航空公司柯伊伯材料成像與表征設施的科學主任、月球與行星實驗室和美國聯合航空公司材料科學與工程系副教授湯姆·澤加(Tom Zega)說:如果有一天我們能確定這些天體的年代,就能更好地了解我們所在星系是什麼樣子,以及是什麼觸發了太陽系的形成。


也許我們的存在要歸功於附近超新星爆炸,它的衝擊波壓縮了氣體雲和塵埃,點燃了恆星,創造了恆星託兒所,就像我們在哈勃著名的『創造之柱』圖片中看到的一樣。含有星塵斑點的隕石是月球和行星實驗室收集的最原始隕石之一。它被歸類為碳質球粒隕石,被認為類似於ua領導的奧西里斯-雷克斯任務目標小行星Bennu上的物質。

奧西里斯-雷克斯任務小組希望通過採集Bennu樣本並帶回地球,為科學家們提供自太陽系形成以來幾乎沒有(如果有的話)變化的物質。在此之前,研究人員只能依靠罕見的發現,比如lap149,它在被一顆恆星爆炸後倖存下來,被一團即將形成我們太陽系的氣體和塵埃所包圍,並在墜落地球之前被烤成一顆小行星。當你想到一路走來本應殺死這些穀物的那些方法時,你會覺得很不尋常。

博科園|研究/來自: 亞利桑那大學

參考期刊《Nature Astronomy》


DOI: 10.1038/s41550-019-0757-4

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