70亿年前的星尘是地球上发现的最古老的物质

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科学家最近发现了地球上最古老的物质:是有70亿年历史的星尘,它隐藏在半个世纪前撞击地球的一颗巨大的岩石陨石中。

科学家最近发现了地球最古老的物质:是有70亿年历史的星尘,它隐藏在半个世纪前撞击地球的一颗巨大的岩石陨石中。

这种古老的星际尘埃是由太阳系前的微粒(比我们的太阳还要早的微粒)组成的,在恒星生命的最后阶段,它们被垂死的恒星喷到宇宙中,这些尘埃中的一部分搭上了一颗小行星的便车来到了地球,这颗小行星产生了重达220磅的默奇森陨石,1969年9月28日,在澳大利亚维多利亚州默奇森附近,一块重达100公斤的岩石坠落。

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类似图中的蛋状星云的演化恒星喷出的大量尘埃可能是默奇森等陨石中发现的大的前太阳系颗粒的来源。(Image: © NASA, W. Sparks (STScI) and R. Sahai (JPL). Inset: SiC grain with ~8 micrometers in its longest dimension. Inset image courtesy of Janaína N. Ávila)

研究人员在一项新研究中报告说,对默奇森陨石中几十个太阳系前的颗粒的新分析揭示了一个年龄范围,从比我们的太阳大400万年(形成于46亿年前)到比我们的太阳大30亿年不等。

虽然宇宙中充满了漂浮的星尘,但在地球的岩石中却从未发现过太阳系前的星尘,这是因为板块构造、火山活动和其他行星活动加热并改变了在地球形成过程中可能收集的所有太阳系前的尘埃,该研究的主要作者、芝加哥菲尔德自然历史博物馆(Field Museum of Natural History)陨星学和极地研究副馆长菲利普·赫克(Philipp Heck)说。

当大而孤立的太空岩石形成时——比如产生默奇森的小行星——它们也能收集古老的星际尘埃。但与动态行星不同的是,默奇森的母体小行星是“一块几乎是惰性的岩石,它是由太阳星云形成的,从那以后就没有改变过,”所以,赫克告诉《生活科学》杂志,这些太阳系前的颗粒并没有被分解成另一种矿物。

大多数的前胚乳颗粒长度约为1微米,甚至更小。但科学家为这项研究分析的颗粒要大得多,长度从2微米到30微米不等。

赫克说:“我们称它们为‘大石头’,我们可以用学显微镜看到它们。”

恒星“婴儿潮”

在这项研究中,赫克和他的同事们检查了来自默奇森的40块所谓的大石头,把陨石的碎片磨碎,加上酸,酸溶解了矿物质和硅酸盐,发现了耐酸的前太阳系颗粒。

赫克说:“我总是把它比作大海捞针。”

研究人员使用了一种年代测定技术,测量了这些颗粒在数十亿年的星际旅行中暴露在宇宙射线下的时间,在太空中,高能粒子从不同的来源发射出来,轰击并穿透经过的固体物体,这些宇宙射线与岩石发生反应,形成新的元素,并随时间积累,通过测量太阳系粒子中不同元素的数量,科学家们可以估算出这些尘埃在宇宙射线中浸泡的时间

这样想:想象一下,在暴风雨中把一个桶放在外面。赫克解释说,只要雨以稳定的速度下,你就可以根据收集到的雨水量来计算水桶在室外的时间

大多数的谷物——大约60%——可以追溯到大约46亿到49亿年前。有一种可能的解释是,为什么会有这么多这个年龄的颗粒,它们都是大约70亿年前银河系恒星诞生的“小婴儿潮”的产物。

赫克解释说:“然后这些恒星花了大约20到25亿年的时间形成尘埃。”“当一颗恒星形成时,它不会产生尘埃。在其生命的大部分时间里,恒星不会产生尘埃。星星只有在生命的尽头才会产生尘埃。”

研究人员报告说,这一发现支持了其他天文学家的发现,他们的发现表明,大约70亿年前,恒星的形成出现了戏剧性的高峰。

更重要的是,许多颗粒并不是单独在太空中移动的;根据赫克的说法,它们成团行,“几乎像麦片一样”。赫克说,虽然还不确定是什么束缚了这些颗粒,但其他研究已经表明,一些系前颗粒被一层有机物质的粘性膜所覆盖,这可能将这些团簇粘合在一起。

一种强烈而刺鼻的气味

研磨和分析太空岩石碎片也给研究人员带来了一种不寻常的副产品——一种强烈而刺鼻的气味。研究报告的撰写者之一、菲尔德博物馆和芝加哥大学的研究生詹妮卡格里尔在一份声明中说,这团搅碎的陨石散发出一种恶臭,“就像腐烂的花生酱”。

“我从来没有闻到过腐烂的花生酱的味道,”赫克告诉《生活科学》。“但它闻起来确实很重。”

另一颗最近被菲尔德博物馆收藏的陨石来自哥斯达黎加的Aguas Zarcas,或称“宇宙泥球陨石”,据说闻起来像煮熟的球芽甘蓝。赫克说,岩石陨石中的挥发性有机化合物是非生物形成的,在加热或溶解时会产生这些独特的气味。

赫克说,默奇森是一块特别臭的陨石。当他在2019年参观默奇森镇以纪念陨石着陆50周年时,他与那些目击事件或收集太空岩石碎片的人进行了交谈。他们中的许多人都有关于陨石独特香气的故事。

赫克说:“他们说整个小镇闻起来像甲基化的烈酒,是一种非常浓烈的有机气味。”“即使那些没有亲眼看到陨石的人,他们也闻到了它的味道。”

研究结果发表在今天(1月13日)的《美国国家科学院院刊》(Proceedings of The National Academy of Sciences)杂志网络版上。

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