小编采访

地球沙子产自“红尘滚滚”的超新星暴

地球上海洋和陆地的沙子不是来自“沙尘暴”,而是来自于“星尘暴”,地球上所有“数不清”的沙子实际上是恒星物质的一部分。沙子的主要化学成分是元素硅,细小的沙粒是制造混凝土和玻璃的原材料,诗人使用了“从一粒沙子看世界”的诗句,而从天文学家的眼睛看来,地球上的每一粒沙子都来源于遥远的星空。不限于沙粒,我们的人体物质起初也是星尘的一部分,天文学家比诗人更有理由吟唱诗句,“我们是星尘”。硅是地球岩石、地面沙子、玻璃、建筑用的混凝土材料、甚至手机配件的常见成分,天文学家最近在银河系的两颗超新星暴的遗物中发现了硅元素,英国卡迪夫大学的天文学家将他们的发现成果刊登在皇家天文学会主办的刊物《每月通讯》杂志上。卡迪夫大学天文团队的观测结果证实了一个“物质起源”的故事,在地球上极为普遍的含硅物质最初来源于宇宙中最剧烈的超新星爆炸事件。

天文学家长期以来思考了一个“古老而新鲜”的问题:由硅、碳、铁一类元素组成的灰尘物质是怎样形成的?他们通常认为,当太阳一类的大质量恒星到达演变的晚期时将以大爆炸的方式结束它们的生命,在死亡恒星大爆炸的过程中形成了强大的恒星风,“巨浪翻滚”的气体物质被压缩和融结成尘埃颗粒,“漫天飞舞”的尘埃就像雪片在寒冷的冬季“纷纷扬扬”地从天而降一样。天文学家多少感到一种疑惑不解,在十分遥远的星空探测到宇宙尘埃的存在,它们也许是在宇宙大爆炸之后不久形成的,除了宇宙大爆炸的过程形成了尘埃,星际尘埃一定会有其它的来源。现在,天文学家在银河系少量的超新星暴遗址中发现了含硅的尘埃物质,这至少证明了在宇宙中最早形成的行星可能含有硅元素的物质,含硅沙粒不仅降落到了我们的地球,它们也随着恒星风的“吹拂”飘落到其它的行星上。我们的太阳和地球最初是在“沙尘暴”的尘埃云中形成的。

超新星的爆发揭示了宇宙尘埃的来源,而尘埃是理解恒星和行星如何形成的关键原料,早期的年轻宇宙为什么密布巨量的尘埃?天文学家对尘埃起源的认识有许多模糊不清之处,他们需要在早期的宇宙寻找由超新星爆发遗留的尘埃,这是因为大质量、生命周期短的恒星在演变的最后阶段会以超新星暴的形式排放惊人数量的尘埃。过去的一些天文观测结果显示,在我们临近星系发生的超新星暴中产生了较少的尘埃。丹麦奥尔胡斯大学的一支天文学家连续观测了一个在我们附近星系中的超新星SN2010jI,他们揭开了尘埃形成的神秘面纱,这颗超新星在2010年被首次发现,天文团队从超新星爆发后的大约2.5年开始记录尘埃的形成过程和产生的数量,详细记录的结果显示,尘埃在开始阶段产生的速度较慢,而在之后的阶段产生的速度加快,尘埃的直径达到了1到4.2毫米,直径比一般尘埃大很多的尘埃颗粒足以抵抗超新星激波的破坏作用。

丹麦奥尔胡斯大学的天文团队通过观测发现,超新星SN2010jI在爆发之后将巨量的碎片物质抛射到太空,这些碎片物质在炽热的喷发环境中不容易被压缩成尘埃颗粒,而伴随而来的超新星冲击波、或激波在碎片物质中穿越,强烈的激波将它们压缩成冷的、密实的颗粒,伴随而来的超新星激波为灰尘颗粒的合成和成长提供了理想的条件。如果在早期宇宙存在的超新星能以类似超新星SN2010jI的速率产生尘埃物质,那么丹麦天文团队相信,计算和预期的结果与在早期宇宙中发现的巨量尘埃数量十分吻合。丹麦天文团队在距第一次观测之后的868天进行了最后一次观测,他们发现这颗超新星产生的尘埃增加到太阳质量的0.04倍,这相当于830个地球的质量。尘埃的数量随时间增加,他们预期这颗超新星将在20年之后产生相当于太阳质量一半的尘埃颗粒。天文学家不仅在银河系内的恒星系之间发现了大量尘埃和气体物质,而且在我们的太阳系内发现了许多的星际尘埃。

(科普编译:邓如山

时间:2019-1-10)

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