
艺术家对太阳系的印象,当行星开始与用于探索其组成的关键同位素叠加时。图片来源 Makiko K. Haba
新的研究表明,大约在太阳形成的同时,至少有两颗超新星在我们附近爆炸。这一事件播下了气体云的种子,行星在气体云中凝结着稀有元素。然而,这个故事有一个转折。可以用来证明这些事件的原子早已衰变了。为了揭示发生了什么,科学家需要找到它们的副产品。
宇宙中的重元素大多是在超新星中产生的,或者说是中子星的合并,两者都将元素分散到附近的气体云中,在那里它们集中在靠近形成恒星的岩石行星中。
然而,大多数元素并不能告诉我们太多关于它们所产生的爆炸是在太阳形成时发生的,还是在数十亿年前发生的。 Niobium-92 是一个例外,领先玛丽亚·舍恩巴赫勒教授ETC Zurich 使用它来测试问题。
Niobium-92 的半衰期为 3700 万年,然后才会衰变成 Zircium-92,对于某些用途来说,这是一个非常方便的时间段。半衰期以天甚至秒为单位的同位素在从超新星穿过太空到达新形成的太阳时几乎完全消失。无论爆炸发生的时间是短还是长,那些寿命更长的生物的数量都会相似。在数千万年的时间内丰度减半是一个理想的中间立场。
然而舍恩巴赫勒的问题是,在地球形成以来的 46 亿年里,几乎所有的铌 92 都变成了锆。她通过检查陨石中的金红石和锆石晶体解决了这个问题,这些晶体在形成时分别含有大量和少量的铌。
当铌 92 转变为锆时,舍恩巴赫勒留下了一份方便的记录,记录了铌 92 形成时的含量,以及其总体丰度。然而,为了揭示太阳系诞生时的条件,仅仅使用任何随机陨石是行不通的。舍恩巴赫勒需要使用 45.25 亿年前小行星灶神星碰撞中撞下的样本来进行测量。这一事件的精确发生时间意味着这种被称为中菱铁矿的稀有矿物可以作为太阳系起源的遗迹。
在美国国家科学院院刊Schönbächler 和同事通过对四种中菱铁矿的晶体比较得出结论,早期太阳系富含两种不同类型的近期超新星的产物。
至少目前还没有方法可以区分一颗近距离超新星或几颗距离稍远的超新星提供的铌量。然而,不同类型的超新星产生的同位素比例略有不同。研究小组报告说,早期的太阳系显示了两者的指纹Ia型和核心塌陷超新星,两者都足够新,以至于大量放射性元素幸存下来。他们认为,居住着地球和火星等岩石行星的内太阳系在很大程度上受到银河系 Ia 型超新星喷射物质的影响。相反,外太阳系是由一颗核心塌陷超新星供给能量的,其中一颗大质量恒星自身塌陷并变成超新星,很可能就在我们太阳诞生的同一个恒星苗圃中。
超新星被怀疑在距离地球足够近的地方爆炸,足以离开地球可检测到的铁痕迹过去800万年在海底。然而,今天它们在我们的银河系附近非常罕见,以至于今天不太可能在短时间内发生多次附近的爆炸。然而,像大多数恒星一样,太阳可能是在一个密集的星团中形成的,附近有许多恒星,其中最大的恒星会迅速演化成为一种或另一种类型的超新星。