南極洲發(fā)現(xiàn)來(lái)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(lái)自數(shù)百萬(wàn)前誕生的一顆超新星。這些宇宙塵埃經(jīng)過(guò)星際旅行后，最終落在了地球的南極洲?？茖W(xué)家之所以有這種推測(cè)，主要是因?yàn)樗麄儼l(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(guó)科恩南極考察站附近超過(guò)500公斤的表層雪。一項(xiàng)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(guó)慕尼黑的實(shí)驗(yàn)室。他們將這些冰雪樣品融化后，過(guò)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(duì)這些灰塵中的粒子進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，發(fā)現(xiàn)了罕見(jiàn)的Fe-60同位素——一種來(lái)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(yáng)系正在穿越本地星際云團(tuán)（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(yáng)和太陽(yáng)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(lái)源于遙遠(yuǎn)的超新星，科學(xué)家首先需要排除塵埃來(lái)源于太陽(yáng)系的可能。從行星和其他星體上脫落的輻射性塵埃也會(huì)含有Fe-60同位素,但它們暴露在宇宙射線中時(shí)，還會(huì)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(lái)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(lái)自地球本身呢？當(dāng)?shù)厍騽傂纬傻臅r(shí)候，地表中確實(shí)含有很多的Fe-60同位素，但它們?cè)诼L(zhǎng)的時(shí)間里已經(jīng)衰變完了。核彈測(cè)試也會(huì)產(chǎn)生Fe-60同位素，但通過(guò)大氣循環(huán)達(dá)到南極洲的同位素量會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于檢測(cè)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(huì)產(chǎn)生的Fe-60同位素幾乎微不足道，并且只會(huì)保留在反應(yīng)堆中。而想要在南極洲檢測(cè)到如此多的Fe-60，核反應(yīng)的等級(jí)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(méi)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(lái)自太空的巖石中，發(fā)現(xiàn)過(guò)Fe-60同位素。最近，在一項(xiàng)發(fā)表于《物理評(píng)論快報(bào)》網(wǎng)頁(yè)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(lái)源和可能的宇宙來(lái)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(lái)自于一顆數(shù)百萬(wàn)年前誕生的超新星。”這些來(lái)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(hào) 譯文/石云雷）