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含有宇宙-科学家又是如何知道尘埃中的Fe-60同位素

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在南極洲雪層中發現的宇宙塵埃,可能來自數百萬前誕生的一顆超新星。這些宇宙塵埃經過星際旅行后,最終落在了地球的南極洲。科學家之所以有這種推測,主要是因為他們發現這種塵埃中含有Fe-60同位素,它通常由超新星爆發釋放,但幾乎不存在於地球上。

之前,科學家僅在遠古海洋的沉積物中或來自太空的岩石中,發現過Fe-60同位素。最近,在一項發表于《物理評論快報》網頁版的研究中,科學家表示,「這種同位素還存在於隕石或者月球上。當排除地球來源和可能的宇宙來源之後,我們可以認為第一次在南極洲發現的Fe-60同位素,來自於一顆數百萬年前誕生的超新星。」這些來自恆星爆炸的古老痕迹,有望成為了解宇宙結構、演化的線索。(譯文 石雲雷)

隨後,研究人員將這些樣品送到位於德國慕尼黑的實驗室。他們將這些冰雪樣品融化后,過濾並獲得含有微量物質的太空灰塵顆粒。當科學家用量子加速器對這些灰塵中的粒子進行檢測時,發現了罕見的Fe-60同位素——一種來自超新星的元素。

太空中充滿了超新星噴射或各種星體表面脫落的塵埃顆粒。目前,我們的太陽系正在穿越本地星際雲團(LIC,巨大的太空塵埃雲)。在地球上發現的這些星際雲顆粒,或能讓我們了解太陽和太陽系行星是如何與這些太空塵埃相互作用的。

Fe-60同位素也可能由核反應堆產生;然而,核反應堆會產生的Fe-60同位素幾乎微不足道,並且只會保留在反應堆中。而想要在南極洲檢測到如此多的Fe-60,核反應的等級需要特別大。而研究表明,即使是2011年發生的福島核電站重大核泄漏事件,也沒有如此多的Fe-60同位素流入大氣中。

為了鑒定這些太空塵埃是否來源於遙遠的超新星,科學家首先需要排除塵埃來源於太陽系的可能。從行星和其他星體上脫落的輻射性塵埃也會含有Fe-60同位素,但它們暴露在宇宙射線中時,還會產生另一種同位素Mn-53。研究人員將從南極洲採集的塵埃中Fe-60同位素和Mn-53同位素的含量進行比較,結果顯示Mn-53的含量很低,因此不可能來自行星或其他星體的脫落。

為了收集這些太空塵埃,科學家分析了南極洲高海拔地區、德國科恩南極考察站附近超過500公斤的表層雪。一項新的研究表明,在這塊區域內的雪,被地球灰塵污染的可能性最小。

那麼,科學家又是如何知道塵埃中的Fe-60同位素,不是來自地球本身呢?當地球剛形成的時候,地表中確實含有很多的Fe-60同位素,但它們在漫長的時間里已經衰變完了。核彈測試也會產生Fe-60同位素,但通過大氣循環達到南極洲的同位素量會遠遠低於檢測到的結果。

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