
水母星云 (IC 443) 是最近的超新星遗迹之一,但数百万年前更接近的例子可能给地球留下了铁 60 的遗产。
图片来源:NASA/JPL-Caltech/WISE 团队
有少量同位素可以提供有关古代超新星的线索,这些超新星帮助塑造了地球和太阳系的其他部分。其中,天文学家和行星科学家最常使用的是铁60,那么是什么让它如此有用呢?
构成地球的大多数元素都是在灾难性爆炸中形成的,或者超新星或千新星。仅基于这一事实,我们就知道在太阳形成之前,在我们银河系区域的某个地方至少发生过一次,甚至可能几次这样的爆炸。
这些爆炸将元素分散到气体云中,太阳系由此凝结而成。尽管该云的绝大多数是氢和氦,但各种过程导致这两种元素被地球上罕见的,同时集中大部分其他人。
铁的起源
这些最初的元素由稳定和放射性同位素。以铁为例,地球继承了大量的铁 56(即具有 26 个质子和 30 个中子的原子)。还存在少量的铁 54 和 57(仍然有 26 个质子,否则就不是铁,而是 28 和 31 个中子)和少量的铁 58。所有这些都没有放射性,所以今天地球上的放射性物质和以前一样多,允许从陨石中释放一些放射性物质。
然而,为我们诞生的云播下种子的超新星也会产生一些铁55、59和60,所有这些都是放射性的。然而,这些同位素走了一条截然不同的道路。
铁59有一个半衰期44.6 天。这些原子形成爆炸一年后,只有不到百分之一幸存。如果有任何在从爆炸的恒星到太阳原行星盘的旅程中幸存下来的话,那么当真正的行星出现时,它就已经消失了。铁 55 的半衰期为 2.7 年,但这仍然太短,无法在地球形成之前或之后发生的附近爆炸中留下可检测到的量。
为什么 Iron-60 很特别
然而,iron-60 则是另一回事。它的半衰期是260万年?足够长的时间来创造持久的遗产,但又足够短,我们可以将其与永远存在的同位素区分开来。我们甚至可以在铁 60 消失后检测它的存在。 β 衰变将铁 60 转变为钴 60,然后钴 60 相对较快地转变为镍 60。通过寻找镍 60 的丰度,研究了早期太阳系中铁 60 的分布。
与此同时,海洋沉积物揭示了过去几千万年里铁 60 的含量出现了几次峰值。地球无法产生这种同位素(至少在人类建造核反应堆之前),也没有浓缩它的方法。相反,这些增加表明一定是地外的某种东西向地球喷洒了铁 60 原子。同样的过程也会向我们喷射大量其他同位素。
然而,就像与地球形成有关的铁一样,那些半衰期短得多的同位素早已不复存在。那些稳定的物质在地球上已经非常丰富,以至于来自太空的一点额外的物质都不会被注意到。
我们甚至通过寻找匹配的铁60尖峰证实了这些铁尖的外星性质在月球上。
然而,虽然我们可能有一个普遍的想法,即铁 60 发生了激增3.4-170万和800万几年前,识别来源比较困难。超新星被认为是铁 60 最常见的来源,但是千新星也能生产大量。一些天文学家将最近铁 60 峰值的时间长度归因于两颗超新星在时间上足够接近,以至于它们的峰值重叠,但其他人则认为代替千新星。区分差异并不容易。
甚至还有第三种选择,尽管可能性不大。所谓的渐近巨星分支(AGB)恒星可以产生许多较重的元素,这些元素曾经被认为是爆炸恒星独有的。他们不仅制造大量铁60,而且还脱落它进入太空,以及铝-26。
据我们所知,AGB 恒星不会像超新星那样广泛地分散这些元素。尽管如此,与 AGB 恒星的近距离接触可能会导致数量激增,尽管最近这种近距离接触的可能性被认为很小。
另一个问题是所有这些iron-60 是否重要。尽管铁 60 具有放射性,但其衰变速度非常缓慢,因此在检测到的体积内是相当安全的。然而,观察到的峰值与行星冷却期。铁 60 本身不会造成这种情况,但有可能(尽管仍然非常推测)来自同一次爆炸的伴随宇宙射线可能引发了云层覆盖的增加,从而导致云层覆盖增加。影响了全球气候。
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