芝加哥大学和菲尔德博物馆的科学家们发现了形成于50到70亿年前的星尘——地球上迄今为止发现的最古老的固体物质。
早在很久以前——甚至在太阳形成之前——这些星尘颗粒就被困在了陨石里，在那里它们保持了数十亿年的不变，直到50年前在澳大利亚有一颗这样的陨石坠落。这些“时间胶囊”提供了关于在太阳形成之前我们的宇宙中发生了什么的线索;例如，这些颗粒显示出恒星形成的惊人繁荣。
“这是我从事过的最激动人心的研究之一，”芝加哥大学副教授、菲尔德博物馆馆长菲利普·赫克(Philipp Heck)说。“这些是迄今为止发现的最古老的固体物质，它们告诉我们恒星是如何在我们的星系中形成的。”
尽管它们对人类来说似乎是固定不变的，但恒星有其生命周期。它们是在太空中漂浮的尘埃和气体相遇并升温时产生的;它们燃烧了数百万到数十亿年，然后死亡。当它们死亡时，它们将风中形成的粒子抛向太空，这些星尘最终会形成新的恒星，以及新的行星和月球——还有陨石。
但是这样的“前级”颗粒很难获得。它们是罕见的——只有5%落到地球上的陨石有它们的身影，而且它们很小——一百个最大的陨石都可以放在这句话的最后。但菲尔德博物馆拥有默奇森陨石最大的部分，这是1969年在澳大利亚掉落的一处珍贵的未被发现的谷物宝藏，默奇森的居民维多利亚把它提供给了科学。大约30年前，在芝加哥大学，为了这项研究，从默奇森陨石中分离出了用于这项研究的前太阳系颗粒。
这项研究的作者之一、菲尔德博物馆和芝加哥大学的研究生詹妮卡·格里尔说:“首先是把陨石碎片压成粉末。”“一旦所有的碎片分开，它就是一种糊状物，有一种刺鼻的味道——闻起来像腐烂的花生酱。”
这种“腐烂的花生-黄油-陨石糊”然后用酸溶解，直到只剩下前胚乳颗粒。
一旦这些前太阳系的颗粒被分离出来，研究人员就使用了一种基于宇宙射线的严格程序来确定它们来自于什么类型的恒星以及它们的年龄。
赫克说:“我们使用了暴露年龄数据，它基本上测量了他们暴露在宇宙射线中的情况。宇宙射线是一种高能粒子，它们穿过我们的星系，穿透固体物质。”有些宇宙射线与物质相互作用，形成新的元素。它们暴露的时间越长，形成的元素就越多。“通过测量这些由宇宙射线产生的新元素中有多少存在于一个前太阳系的粒子中，我们可以知道它暴露在宇宙射线下的时间，这就告诉我们它的年龄。
研究人员了解到，他们样本中的一些前太阳系颗粒是迄今为止发现的最古老的颗粒——基于它们吸收了多少宇宙射线，大多数颗粒的年龄必须在46亿年到49亿年之间，有些甚至超过55亿年。(我们的太阳有46亿年的历史，地球有45亿年。)
但这一发现并没有结束。由于前胚乳颗粒是在恒星死亡时形成的，它们可以告诉我们恒星的历史。而在70亿年前，显然有大量的新恒星形成——一种星体婴儿潮。
赫克说:“我们有比预期更多的新谷物。”“我们的假设是，这些49到46亿年前形成的大部分颗粒，是在一次恒星形成增强过程中形成的。在太阳系形成之前，有一段时间形成的恒星比正常情况下要多。”
这一发现为科学家们关于新恒星是否以稳定的速度形成，以及随着时间的推移新恒星的数量是否有高有低的争论提供了新的证据。“有些人认为星系的恒星形成速度是恒定的，”赫克说。“但是多亏了这些颗粒，我们现在有了直接的证据，证明70亿年前我们的星系中有一段恒星形成增强的时期，其样本来自陨石。这是我们研究的主要发现之一。”
作为主要研究问题的附带说明，研究人员还了解到，太阳系前的颗粒经常以大团的形式漂浮在太空中，“就像格兰诺拉麦片一样，”赫克说。“没人想到会有这么大的规模。”
赫克和他的同事们期待着所有这些发现进一步加深我们对银河系的认识。“通过这项研究，我们直接确定了星尘号的寿命。我们希望这将被研究，这样人们就可以把它作为整个银河系生命周期模型的输入，”他说。
格里尔说:“这是仅次于直接从恒星上取样的最好方法。”“一旦知道了这个，你还想学什么?”这是可怕的;这是世界上最有趣的事情。”
其他共同作者来自劳伦斯利弗莫尔国家实验室、华盛顿大学、哈佛医学院、苏黎世联邦理工学院和澳大利亚国立大学。
引文:“宇宙射线暴露所产生的星际尘埃的寿命，是指前太阳系碳化硅的年龄。《美国国家科学院院刊》。2020年1月13日。DOI: 10.1073 / pnas.1904573117
资助:美国国家航空航天局、塔瓦尼基金会、国家科学基金会、能源部、瑞士国家科学基金会、巴西国家科学技术发展委员会、菲尔德博物馆。
——改编自凯特·格莱姆比乌斯基(Kate Golembiewski)最初在菲尔德博物馆(Field Museum)发表的一篇文章。