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富含碳的星尘颗粒解锁天体物理学之谜

发布日期:2018-05-14

一颗微米大小的超新星碳化硅,碳化硅,星尘(右下)从原始陨石中提取的电子显微镜图像。这种晶粒起源于46亿年前的II型超新星的灰烬中,这里以哈勃太空望远镜的蟹形星云图像为代表,它是1054年超新星爆发的遗迹。这种微小的尘埃粒子的实验室分析提供了独特的信息这些巨大的恒星爆炸。 (1微米是百万分之一米)图片来源:NASA和拉里尼特勒。

尘埃无处不在 - 不仅仅在你的阁楼里,在你的床下,而且在外太空中。对天文学家来说,通过阻挡远处恒星的光线,尘埃可能是一种滋扰,或者它可以成为研究我们的宇宙,星系和太阳系历史的工具。

例如,天文学家一直试图解释为什么一些最近发现的遥远但年轻的星系含有大量的尘埃。这些观察结果表明,II型超新星爆炸 - 超过太阳质量十倍的恒星 - 会产生大量的尘埃,但他们如何以及何时这样做并不完全清楚。

科学进展发表的一组卡内基宇宙化学家的最新研究报告分析了从陨石中提取的富含碳的尘埃颗粒,这些尘埃颗粒表明这些颗粒在祖先恒星爆炸后两年多时间内从一个或多个II型超新星流出。然后这些灰尘被吹入太空,最终被纳入新的恒星系统,包括我们自己的。

研究人员由博士后研究员Nan Liu和Larry Nittler,Conel Alexander以及卡内基陆地磁学系的王建华共同主导,他们的结论并不是用望远镜研究超新星。相反,他们分析了超过46亿年前在超新星形成的微观碳化硅,碳化硅和尘埃颗粒,并被困在陨石中,因为我们的太阳系是从银河系前几代恒星的灰烬中形成的。

几十年来,一些陨石已被称为包含太阳系原始积木的记录,包括前几代恒星形成的星尘颗粒。

“因为这些前太阳粒实际上是星尘,可以在实验室中详细研究,”尼特勒解释说,“它们是一系列天体物理过程的优秀探测器。”

对于这项研究,该小组着手通过测量具有相同质子数但不同数量中子的元素的同位素形式来研究超新星尘埃形成的时间 - 在罕见的前体碳化硅颗粒中,组成表明它们形成II型超新星。

某些同位素使科学家能够确定宇宙事件的时间框架,因为它们具有放射性。在这些情况下,同位素中存在的中子数量使其不稳定。为了获得稳定性,它释放能量粒子的方式可以改变质子和中子的数量,将其转化为不同的元素。

卡内基研究小组专注于钛的稀有同位素,钛-49,因为这种同位素是钒-49在超新星爆炸期间产生的放射性衰变产物,并转化为钛-49,其半衰期为330天。超新星尘埃颗粒中含有多少钛-49取决于爆炸后颗粒形成的时间。

使用先进的质谱仪测量超新星碳化硅颗粒中的钛同位素的精确度比以前的研究所能达到的要好得多,研究小组发现,谷物必须在它们巨大的母体恒星至少两年后形成爆炸。

由于太阳系超新星石墨颗粒在许多方面与SiC颗粒具有同位素相似性,因此该团队还认为,延迟地层时间一般适用于富碳超新星尘埃,与最近的一些理论计算结果一致。

“这种尘埃的形成过程可以持续数年,随着时间的推移,尘埃会逐渐积聚,这与天文学家观察恒星爆炸场所周围不同尘埃量的情况是一致的。” “当我们更多地了解尘埃的来源时,我们可以获得关于宇宙历史的更多知识,以及宇宙内各种恒星物体如何演化。”

出版物:Nan Liu等人,“Ⅱ型超新星中碳化硅的晚期形成”,科学进展,2018年1月17日:Vol。 4,没有。 1,eaao1054; DOI:10.1126 / sciadv.aao1054

来源:科内亚历山大,卡内基科学研究所