站长之家 - 业界 2022-05-17 14:15

外星石头或将成为人类在地球上找到的超新星Ia爆炸的证据

新化学“取证”表明,来自埃及沙漠的名为Hypatia的石头可能是地球上发现的第一个超新星Ia型爆炸的实物证据。这些罕见的超新星是宇宙中能量最强的一些事件。 这是约翰内斯堡大学的Jan Kramers、Georgy Belyanin和Hartmut Winkler等人联合展开的一项新研究的结论,该研究已经发表在《Icarus》上。

自2013年以来,Belyanin和Kramers在Hypatia石的一小块碎片中发现了一系列极不寻常的化学线索。

在这项研究中,他们在艰苦的过程中一丝不苟地排除了该石头起源的“宇宙嫌疑人”。他们拼凑出一条时间线并延伸到地球、我们的太阳和太阳系中其他行星形成的早期阶段。

宇宙的时间线

据了解,Belyanin等人关于Hypatia起源的假说是从一颗恒星开始的。一颗红巨星坍缩成一颗白矮星。而坍缩会发生在一个巨大的尘埃云--也叫星云--中。

那颗白矮星发现自己跟第二颗恒星组成了一个双星系统。这颗白矮星最终 “吃掉”了另一颗恒星。在某个时候,这个“饥饿”的白矮星在尘埃云中爆炸并成为了一颗Ia型超新星。

在冷却之后,超新星Ia的剩余气体原子开始粘附在尘埃云的颗粒上。

Kramer说道:“在某种意义上,我们可以说‘抓住了’超新星Ia爆炸的‘蛛丝马迹’,因为爆炸的气体原子被卷入了周围的尘埃云并最终形成了Hypatia的母体。”

这种超新星尘埃和气体原子混合体的巨大“气泡”则从未跟其他尘埃云发生过作用。

数百万年过去了,最终这个‘气泡’将以一种‘宇宙尘埃兔子’的方式慢慢变成固体。Hypatia的“母体”则将在我们太阳系形成的早期阶段的某个时候成为一块固体岩石。

这个过程可能发生在我们太阳系的一个寒冷的、不平静的外部地区--在奥尔特云或柯伊伯带中。

在某个时候,Hypatia的母体岩石开始向地球急速坠落。进入地球大气层的热量,再加上在埃及西南部的大沙海中的撞击压力,产生了微钻石并粉碎了母岩。

在沙漠中捡到的Hypatia石一定是最初撞击体的许多碎片之一。


“如果这个假设是正确的,Hypatia石将是地球上第一个关于超新星Ia型爆炸的有形证据。也许同样重要的是,它表明来自外太空的个别异常‘包裹’的尘埃实际上可以被纳入我们太阳系形成的太阳星云中,而没有被完全混合进去,”Kramer说道,“这跟传统的观点相反--即我们的太阳系是由尘埃形成的--是完全混合的。”

300万伏的电压用于一个微小的样品

为了拼凑出Hypatia可能形成的时间线,研究人员使用了几种技术来分析这块奇怪的石头。

2013年,一项对氩同位素的研究表明这块石头不是在地球上形成的。它肯定是外星的。2015年对该碎片中的惰性气体的研究表明,它可能不是来自任何已知类型的陨石或彗星。

2018年,UJ团队发表了各种分析报告,其中包括发现了一种矿物--磷化镍,这是以前在我们太阳系的任何物体中没有发现的。

在那个阶段,事实证明Hypatia难以进一步分析。Kramers和Belyanin正在寻找的微量金属,然而用他们的设备无法真正看到细节。他们需要一个不会破坏这些微小样品的更强大仪器。

Kramers开始分析Blyanin几年前创建的一个数据集。

2015年,Belyanin曾在萨默塞特西区的iThemba实验室对质子束做了一系列分析。当时,Wojciech Przybylowicz博士让这台300万伏特的机器一直在嗡嗡作响。

寻找一种模式

“我们不是要探索Hypatia所呈现的所有令人难以置信的异常现象,而是要探索是否存在一种潜在的统一性。我们想看看石头中是否有某种一致的化学模式,”Kramers说道。

Belyanin则在这个小小的样品上精心挑选了17个目标进行分析。所有的目标都被选择为远离地球上的矿物,这些矿物在原石撞击沙漠后的裂缝中形成。

“我们用质子微探针以更高的精度和准确性确定了Hypatia中的15种不同的元素,”Belyanin指出,“这给了我们所需要的化学‘成分’,所以Jan可以开始下一个分析所有数据的过程。”

质子束也排除了太阳系的可能性

质子束分析提供的第一条重要的新线索是Hypatia石靶中的硅含量低得令人吃惊。硅连同铬和锰都低于在我们的内太阳系内形成的东西所应达到的1%。

此外,Kramers指出,高铁、高硫、高磷、高铜和高钒都非常明显和异常。“我们发现了一种一致的微量元素丰度模式,它跟太阳系中的任何东西完全不同,无论是原始的还是进化的。小行星带中的物体和流星也不符合这种情况。因此,接下来我们在太阳系外寻找。”


不是来自我们附近

然后Kramers将Hypatia元素浓度模式跟期望在银河系太阳臂的恒星之间的尘埃中看到的情况进行了比较。

“我们看看我们从银河系太阳臂的平均星际尘埃中得到的模式是否符合我们在Hypatia中看到的情况,”Kramers补充道,“同样,根本没有任何相似之处。”

在这一点上,质子束数据也排除了Hypatia可能形成的四个“嫌疑人”。

Hypatia不是在地球上形成的,不是任何已知类型的彗星或陨石的一部分,不是由普通的内太阳系尘埃形成的,也不是由普通的星际尘埃形成的。

不是一个红巨星

对于Hypatia的元素浓度模式,下一个最简单的可能解释是一颗红巨星。红巨星在宇宙中非常常见。

但质子束数据也排除了来自红巨星的质量外流:Hypatia有太多的铁,太少的硅及比铁重的重元素的浓度太低。

也不是一个II型超新星

下一个要考虑的“嫌疑”是II型超新星。II型超新星煮出了大量的铁。它们也是一种相对常见的超新星类型。

同样,Hypatia的质子束数据用“化学法医学”排除了一个有希望的嫌疑人。超新星II型作为鹅卵石中磷化镍等奇怪矿物的来源,是非常不可能的。跟硅和钙相比,Hypatia中的铁也显得太多了。

是时候仔细检查宇宙中最引人注目的爆炸之一的预测化学成分了。

重金属工厂

一种更罕见的超新星还制造了大量的铁。Ia型超新星在每个星系中每个世纪只发生一到两次。但它们制造了宇宙中大部分的铁(Fe)。地球上的大部分钢铁曾经是Ia型超新星创造的铁元素。

此外,既定的科学指出,一些Ia超新星留下了非常独特的“法医化学”线索。这是因为一些Ia超新星的设置方式。

首先,一颗红巨星在其生命的最后阶段会坍缩成一颗非常密集的白矮星。白矮星通常会在很长一段时间内都是非常稳定的且最不可能发生爆炸。然而,这也有例外。

一颗白矮星可能开始从双星系统中的另一颗恒星上“拉”出物质。可以说白矮星‘吃掉’了它的伴星。最终,白矮星变得如此沉重、炎热和不稳定以至于它在超新星Ia中爆炸。

正如公认的科学理论模型所预测的那样,超新星Ia爆炸期间的核聚变应该产生高度不寻常的元素浓度模式。

此外,在超新星Ia中爆炸的白矮星不只是被炸成碎片,而是真的被炸成原子。超新星Ia的物质则以气体原子的形式被送入太空。

在对恒星数据和模型结果的广泛文献搜索中,研究小组无法找到任何类似的或比一组特定的超新星Ia模型更适合Hypatia石的化学成分。

法医元素证据

“所有超新星Ia的数据和理论模型显示,跟硅和钙相比,铁的比例远远高于超新星II模型,”Kramer说道,“在这方面,Hypatia的质子束实验室数据跟超新星Ia的数据和模型相吻合。”

总的来说,所分析的15种元素中有8种符合预测的相对于铁的比例范围。这些元素是硅、硫、钙、钛、钒、铬、锰、铁和镍。

不过在Hypatia分析的15种元素中,并非所有的元素都符合预测。在15种元素中,有6种元素的比例比1A型超新星的理论模型所预测的范围高10到100倍。这些元素是铝、磷、氯、钾、铜和锌。

“由于白矮星是由一颗垂死的红巨星形成的,Hypatia可能是从一颗红巨星那里继承了这六种元素的比例。这种现象在其他研究中已经在白矮星中观察到了,”Kramers补充道。

如果这个假设是正确的,Hypatia石将是地球上第一个超新星Ia型爆炸的有形证据,这是宇宙中能量最强的事件之一。

Hypatia石是我们太阳系早期形成过程中开始的一个宇宙故事的线索并在多年后在一个散落着其他卵石的偏远沙漠中被人发现。

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