菲尔德博物馆馆长、芝加哥大学副教授菲利普·赫克说:“这是我参与的最有趣的项目之一。“这些是迄今为止发现的最古老的物质,它们告诉我们银河系中的恒星是如何形成的。”
赫克和他的同事研究的物质被称为太阳系史前颗粒——在太阳诞生之前形成的矿物质。“它们是恒星的固体样品,真正的星尘,”赫克说。这些星尘碎片被困在了陨石中,在那里它们保持了数十亿年而不变,使它们成为了太阳系形成之前的时间胶囊。
但是很难获得前胚乳颗粒。它们很罕见,只在百分之五坠落到地球的陨石中被发现,而且它们很小。
年在澳大利亚默奇森掉落的一颗史前太阳系陨石,当地居民把它提供给了博物馆。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矿物颗粒。
芝加哥大学的研究者詹妮卡·格里尔说:“一旦把它从陨石碎片中分开,它就是一种糊状物,有一种刺鼻的气味——闻起来像腐烂的花生酱。”
这种“腐烂的花生酱”然后与酸溶解,直到只有前胚乳颗粒留下。赫克说:“这就像大海捞针一样。”
一旦这些史前太阳系的颗粒被分离出来,研究人员就能判断它们来自什么类型的恒星以及它们的年龄。赫克解释说:“我们使用了‘暴露年龄数据法’,它基本上能测量出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。
“这就好比在暴风雨中把水桶拿出来。假设降雨量是恒定的,水桶中积累的水量会告诉你它暴露在水中的时间,”他补充道。通过测量这种新的宇宙射线产生的元素中有多少存在于一个太阳系史前的粒子中,我们可以知道它暴露在宇宙射线下的时间,这就告诉了我们它的年龄。
研究人员了解到,他们样本中的一些史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,大多数颗粒的年龄一般在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。
这一发现是科学家们争论的焦点,他们争论的问题是:新恒星的形成速度是否稳定,或者随着时间的推移,新恒星的数量是否有高有低。“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。”
赫克指出,这并不是他的团队发现的唯一一件意想不到的事情。作为主要研究问题的附带说明,在研究颗粒中的矿物质与宇宙射线相互作用的方式时,研究人员还了解到,太阳系史前的颗粒经常在太空中以团状的形式漂浮,“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。
赫克指出,关于史前太阳系还有很多值得我们一生去回答的问题。他说:“我希望我们能有更多的人来研究它,来更多地了解我们的银河系。”
赫克说:“我一直想用我能拿在手里的地质样本来研究天文学。”“看到我们星系的历史是如此令人兴奋。星尘是到达地球的最古老的物质,通过它,我们可以了解我们的母星,我们体内碳的来源,我们呼吸的氧气的来源。有了“星尘”,我们就可以把这种物质追溯到太阳出现之前。”
格里尔说:“这是仅次于直接从恒星上取样的最好方法。”