地球上最古老的物質,70億年前的星塵顆粒被發現

地球上最古老的物質,70億年前的星塵顆粒被發現

菲爾德博物館館長、芝加哥大學副教授菲利普·赫克說:“這是我參與的最有趣的項目之一。“這些是迄今為止發現的最古老的物質,它們告訴我們銀河系中的恆星是如何形成的。”

地球上最古老的物質,70億年前的星塵顆粒被發現

赫克和他的同事研究的物質被稱為太陽系史前顆粒——在太陽誕生之前形成的礦物質。“它們是恆星的固體樣品,真正的星塵,”赫克說。這些星塵碎片被困在了隕石中,在那裡它們保持了數十億年而不變,使它們成為了太陽系形成之前的時間膠囊。

但是很難獲得前胚乳顆粒。它們很罕見,只在百分之五墜落到地球的隕石中被發現,而且它們很小。

1969年在澳大利亞默奇森掉落的一顆史前太陽系隕石,當地居民把它提供給了博物館。大約30年前,在芝加哥大學,為了這項研究,從默奇森隕石中分離出了用於這項研究的前太陽系礦物顆粒。

芝加哥大學的研究者詹妮卡·格里爾說:“一旦把它從隕石碎片中分開,它就是一種糊狀物,有一種刺鼻的氣味——聞起來像腐爛的花生醬。”

這種“腐爛的花生醬”然後與酸溶解,直到只有前胚乳顆粒留下。赫克說:“這就像大海撈針一樣。”

地球上最古老的物質,70億年前的星塵顆粒被發現

一旦這些史前太陽系的顆粒被分離出來,研究人員就能判斷它們來自什麼類型的恆星以及它們的年齡。赫克解釋說:“我們使用了‘暴露年齡數據法’,它基本上能測量出他們暴露在宇宙射線中的情況。宇宙射線是一種高能粒子,它們穿過我們的星系,穿透固體物質。”“有些宇宙射線與物質相互作用,形成新的元素。它們暴露的時間越長,形成的元素就越多。

“這就好比在暴風雨中把水桶拿出來。假設降雨量是恆定的,水桶中積累的水量會告訴你它暴露在水中的時間,”他補充道。通過測量這種新的宇宙射線產生的元素中有多少存在於一個太陽系史前的粒子中,我們可以知道它暴露在宇宙射線下的時間,這就告訴了我們它的年齡。

研究人員瞭解到,他們樣本中的一些史前太陽系顆粒是迄今為止發現的最古老的顆粒——基於它們吸收了多少宇宙射線,大多數顆粒的年齡一般在46億年到49億年之間,有些甚至超過55億年。我們的太陽有46億年的歷史,地球有45億年。

但這一發現並沒有結束。由於前胚乳顆粒是在恆星死亡時形成的,它們可以告訴我們恆星的歷史。而在70億年前,顯然有大量的新恆星形成——一種星體嬰兒潮。

這一發現是科學家們爭論的焦點,他們爭論的問題是:新恆星的形成速度是否穩定,或者隨著時間的推移,新恆星的數量是否有高有低。“有些人認為星系的恆星形成速度是恆定的,”赫克說。“但是多虧了這些顆粒,我們現在有了直接的證據,證明70億年前我們的星系中有一段恆星形成增強的時期,其樣本來自隕石。”這是我們研究的主要發現之一。”

赫克指出,這並不是他的團隊發現的唯一一件意想不到的事情。作為主要研究問題的附帶說明,在研究顆粒中的礦物質與宇宙射線相互作用的方式時,研究人員還了解到,太陽系史前的顆粒經常在太空中以團狀的形式漂浮,“就像格蘭諾拉麥片一樣,”赫克說。“沒人想到會有這麼大的規模。”

赫克和他的同事們期待著所有這些發現進一步加深我們對銀河系的認識。“通過這項研究,我們直接確定了星塵號的壽命。我們希望這將被研究,這樣人們就可以把它作為整個銀河系生命週期模型的輸入,”他說。

赫克指出,關於史前太陽系還有很多值得我們一生去回答的問題。他說:“我希望我們能有更多的人來研究它,來更多地瞭解我們的銀河系。”

赫克說:“我一直想用我能拿在手裡的地質樣本來研究天文學。”“看到我們星系的歷史是如此令人興奮。星塵是到達地球的最古老的物質,通過它,我們可以瞭解我們的母星,我們體內碳的來源,我們呼吸的氧氣的來源。有了“星塵”,我們就可以把這種物質追溯到太陽出現之前。”

格里爾說:“這是僅次於直接從恆星上取樣的最好方法。”



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