在陨石中发现的核崩塌超新星中的沙粒

2007年，NASA的Spitzer太空望远镜在超新星残留的仙后座A中发现了二氧化硅（沙子）的红外特征。这颗爆炸恒星发出的光在1600年代首次到达地球。中心附近的青色点是爆炸恒星的所有剩余部分。NASA / JPL-Caltech / O.Krause（管家天文台）

在一项新发表的研究中，圣路易斯华盛顿大学的研究人员报告说，他们发现了原始陨石中的细小二氧化硅颗粒，他们相信这些二氧化硅颗粒是由一颗坍塌的超新星产生的。

这有点像通过检查在地板裂缝中留下的灰尘颗粒来了解1800年代住在您家中的家庭的秘密。

通过观察陨石带到地球上的尘埃斑点，科学家们能够研究在我们的太阳系形成之前很久就已经不存在的眨眼的恒星。

这种研究恒星的技术（有时在实验室中称为天文学）为科学家提供了传统天文学技术无法获得的信息，例如望远镜观测或计算机建模。

现在，在圣路易斯华盛顿大学工作的科学家在麦克唐纳太空科学中心的支持下，在原始陨石中发现了两种微小的二氧化硅颗粒（SiO2；沙子的最常见成分）。这一发现令人惊讶，因为二氧化硅不是预期在恒星大气中冷凝的矿物质之一-实际上，它被称为“神话般的冷凝物”。

较早发现了五种二氧化硅颗粒，但由于它们的同位素组成，它们被认为起源于AGB恒星，红色巨星，它们在生命尽头会膨胀成巨大的尺寸，并通过强大的恒星风将其大部分质量剥去。 。

人们认为这两个颗粒来自核塌陷超新星，这是一颗在其寿命尽头爆炸的巨大恒星。

由于在两个不同起源的陨石中发现的谷物具有令人恐怖的相似同位素组成，因此科学家在5月1日发行的《天体物理学杂志快报》中推测，它们可能来自单个超新星，甚至可能来自一个超新星。爆炸被认为触发了太阳系的形成。

该论文的摘要也将出现在5月3日的《科学》杂志的“编辑选择”汇编中。

发现了第一个太阳前谷粒

直到1960年代，大多数科学家都认为早期的太阳系温度如此之高，以致太阳前物质无法幸存。

但是在1987年，芝加哥大学的科学家在原始陨石（未经加热和重新加工的陨石）中发现了微小的钻石。从那以后，他们在原始陨石中发现了十多种其他矿物的晶粒。

其中许多发现是在华盛顿大学取得的，华盛顿大学是圣路易斯华盛顿大学物理研究教授恩斯特·津纳博士的故乡，他帮助开发了研究太阳前谷物所需的仪器和技术（也是本文的最后作者） 。

小有多小？太阳前硅酸盐的直径通常为250纳米，比病毒略大-而且几乎看不见。插图改编自纳米级非正式科学教育网络

科学家们可以说这些颗粒来自古老的恒星，因为它们具有非常不寻常的同位素特征。（同位素是同一化学元素的不同原子，其质量略有不同。）

不同的恒星产生不同比例的同位素。但是，在太阳系形成之前，将构成太阳系的材料进行了混合和均质化。因此，所有行星和太阳都具有几乎相同的同位素组成，简称为“太阳”。

陨石大多是小行星碎片，也具有太阳组成，但被困在原始陨石深处的是纯净的恒星样本。这些前太阳粒子的同位素组成提供了在恒星内部运行的复杂核和对流过程的线索，人们对此知之甚少。

甚至我们附近的太阳对我们来说仍然是一个谜。少得多的异乎寻常的恒星，它们遥不可及。

一些恒星演化模型预测二氧化硅可能会在较冷的恒星外部大气中凝结，但其他模型则预测硅会被富含镁或铁的硅酸盐形成而完全消耗掉，而不会形成二氧化硅。

但是，在没有任何证据的情况下，很少有建模者会费心地讨论在恒星大气中二氧化硅的凝结。“我们不知道哪个模型是正确的，哪个模型不合适，因为这些模型有太多参数，”论文的第一作者，地球与行星科学研究生Pierre Haenecour说。

发现了第一个二氧化硅颗粒

2009年，圣路易斯华盛顿大学物理学研究教授克里斯汀·弗洛斯（Christine Floss）博士和弗兰克·斯塔德曼（Frank Stadermann）博士死后，在陨石中发现了第一颗硅石。在接下来的几年中，他们的发现被发现了另外四种谷物。

相对于太阳能，所有这些谷物都富含17的氧气。“这意味着它们可能来自红色巨星或AGB星”，弗洛斯说。

海恩库（Haenecour）在弗洛斯（Floss）开始他的研究生学习时，她让他看了一个美国团队在南极洲捡到的原始陨石。南极洲是主要的陨石狩猎地区，因为深色岩石清楚地映衬在白色的雪和冰上。

Haenecour在他检查的陨石切片中发现了138个太阳前粒子，令他高兴的是其中一个是二氧化硅粒子。但是，这个粒子富含18的氧，这意味着它来自一颗核坍塌的超新星，而不是红色巨星。

他知道实验室中的另一位研究生发现了富含氧18的二氧化硅颗粒。赵旭超现在是中国北京地质与地球物理研究所的科学家，他在中国南极研究考察团在南极洲发现的陨石中发现了他的谷物。

有了两个斑点，Haenecour解决了计算超新星可能如何产生二氧化硅颗粒这一难题。在爆炸之前，超新星是一个巨大的洋葱，由同心的不同元素组成的层组成。

一颗坍塌的超新星是一颗巨大的恒星，将在其寿命尽头爆炸，其结构类似于洋葱，呈层状。维基共享资源

一些理论模型预测，可能在超新星核心附近的大量富氧层中产生二氧化硅。但是，Haenecour和他的同事认为，如果二氧化硅颗粒可以在那里凝结，则应该富含16号氧气，而不是18号氧气。

他们发现，通过将富氧内部区域和富氧18氦气/碳区中的少量物质与超新星氢包膜中的大量物质混合，可以重现两个颗粒的氧18富集。 。

Haenecour说，实际上，产生两种颗粒组成所需的混合是如此相似，以至于这些颗粒很可能来自同一颗超新星。可能是超新星的爆炸被认为引发了分子云的崩溃，而太阳系的行星正是由它形成的？

想到两个微小的沙粒可能是这么久远而又如此遥远的重要消息的卑鄙承担者，这真是太奇怪了。

出版物：Pierre Haenecour等人，“从核崩塌超新星对二氧化硅颗粒的首次实验室观察”，2013年，ApJ，768，第17页； doi：10.1088 / 2041-8205 / 768/1 / L17

研究报告的PDF副本：核塌陷超新星对二氧化硅颗粒的首次实验室观察

图片：NASA / JPL-Caltech / O.Krause（管家天文台）；纳米级非正式科学教育网络；维基共享资源