在元素周期表的最深处,你会发现一系列在混乱中诞生的重元素。你可能会在一颗爆炸的恒星中发现这种混乱,或者在两颗中子星之间的碰撞中发现这种混乱。
物理学家在太平洋以下 1,500 米(近 5,000 英尺)深海地壳样本中发现了一对仍具有放射性的大型同位素。
我们预计会在亿万年前形成我们星球的尘埃和气体漩涡中看到许多重量级元素,但大多数元素早就应该衰变成更稳定的形式。所以在靠近地表的地壳中寻找例子今天提出了一些有趣的问题。
这一发现可以告诉我们一两件事,关于在距地球几百光年以内发生的灾难性宇宙事件,以及在我们的地质历史上相对较新的事件。它还可以揭示重量级原子的形成方式。
你看,建造原子需要大量的能量。质子可以在恒星中的重力作用下被挤压成氦气,但恒星聚变只能带你到目前为止。为了建造像钚这样的庞然大物,你需要能够产生机关枪般的中子爆发的能量。
宇宙中有一些条件可以发生这种“快速中子俘获”或 r 过程,包括超新星和中子星合并。
在宇宙的历史上,大量的恒星发生了碰撞和爆炸,将厚厚的铁、铀、钚、金和其他脂肪原子尘埃散落在整个银河系中。因此,可以预期像地球这样的行星会吸收大量的它们。
但并非所有元素生来都是一样的。中子数量的变化使得一些中子比其他中子更稳定。例如,铁 60 是一种“一眨眼就会错过”的同位素,如果你从宇宙尺度上观察它,它的半衰期只有 260 万年,然后就会衰变成镍。
今天在我们的星球上发现这种短命的同位素——尤其是在现代人工过程无法触及的地壳中——将意味着相对较新的时间从宇宙中输送了新鲜的铁。
铁 60 以前曾出现在岩石样本中,其历史可以追溯到几百万年前。从月球表面带回的材料中也发现了这种现象。
但为了更好地了解产生这些样本的特定 r 过程,有必要看看还有哪些其他同位素与它们一起落下。
澳大利亚国立大学的物理学家安东·沃尔纳 (Anton Wallner) 带领研究小组寻找新的铁 60 样本,看看是否能够识别附近其他重元素的同位素。
他们发现的是钚 244,一种具有半衰期刚刚超过8000万年– 对于钚来说是稳定的,但自从 45 亿年前我们的星球聚集在一起以来,你就很难想象这种元素会一直存在。
总之,该团队发现了两次不同的铁 60 流入,它们必定是在过去 1000 万年内到达的。两个样本都含有少量但大量的钚 244,每种的比例相似。
将它们放在一起比单独查找可以提供更多细节。如果超新星主要负责其产生,则其中的钚含量低于预期,这表明其他 r 过程的贡献。
这种特殊的外星太空尘埃背后到底隐藏着什么,现在就留给我们想象了。
“这个故事很复杂”说沃尔纳。
“这种钚244可能是在超新星爆炸中产生的,也可能是更古老但更壮观的事件(例如中子星爆炸)留下的。”
通过测量它们各自的放射性引信并对其分布背后的天体物理学做出一些假设,研究人员推测铁 60 的产生与在 50 至 100 秒差距(约 160 至 330 光年)之间发生的两到四次超新星事件是一致的。地球。
这并不是铁 60 第一次表明超新星正在发生在最近的历史中危险地接近。
通过观察同位素与其他元素的联系,我们可以慢慢建立一个特征,在人类开始密切关注之前的数百万年里,它可以告诉我们更多关于我们附近的碰撞爆炸情况的信息。
不过,还需要更多的努力来寻找外星同位素。
“我们的数据可能是超新星确实产生钚244的第一个证据,”说沃尔纳。
“或者也许在超新星爆发之前它就已经存在于星际介质中,并与超新星喷射物一起被推过太阳系。”
这项研究发表于科学。