在50年前坠入澳大利亚的陨石中，科学家发现50亿至70亿年前形成的星尘，这也是迄今在地球上发现的最古老的固体物质。
文章来源：菲尔德自然历史博物馆
翻译：吕嘉明
审校：赵欢 石云雷
恒星由太空中的少量尘埃和气体相互碰撞、挤压并加热形成。它们有一定生命周期，会在燃烧数百万到数亿年后死去，死去时会将气流中形成的粒子抛向太空，这些粒子组成的星尘碎片最终会形成新的恒星、行星、卫星和陨石。在50年前坠入澳大利亚的陨石中，科学家发现50亿至70亿年前形成的星尘，这也是迄今在地球上发现的最古老的固体物质。这项研究已发表在PNAS上。
论文的主要作者Philipp Heck说，“这是我所做过的最令人激动的研究之一。这些星尘碎片是迄今为止在地球上发现的最古老的固体物质，能告诉我们银河系中的行星是怎样形成的。”他也是菲尔德自然史博物馆馆长、芝加哥大学的副教授。
Heck和同事检查的星尘碎片被称作太阳前颗粒，形成于太阳诞生之前。他表示，“它们是恒星的固体样本，是真正的星尘。”这些星尘被困于陨石中，几十亿年来一直保持不变，因此它们是记录了太阳系形成之前恒星变化的“时间胶囊”。
但太阳前颗粒非常稀有，并且很难找到，只有5%的坠落于地球的陨石中才存在这种颗粒。它们的颗粒很小，将百个最大的星尘颗粒放在一起才组成一个可见的黑点。菲尔德自然史博物馆拥有最大的默奇森陨石块，由澳大利亚维多利亚州默奇森市的市民提供给科学界。这块陨石于1969年坠落在澳大利亚，其中含有珍贵的太阳前颗粒。而此次研究的太阳前颗粒是从30年前存放在芝加哥大学的默奇森陨石上分离出来的。
“一切从陨石碎片粉碎成粉末开始，”芝加哥大学的研究生，文章的联合作者Jennika Greer解释道，“一旦所有的碎片被分离，它们就是一团浆糊，有刺激性味道——闻起来像烂花生酱。”陨石浆糊通过酸溶解后，会只剩下太阳前颗粒。Heck表示，“就像在干草堆里找针一样困难。”
一旦分离出太阳前颗粒，研究人员则要查明它们来自于哪一类型的恒星，年龄有多大。“我们基于太阳前颗粒在宇宙射线（穿过银河系并穿透固体物质的高能粒子）暴露的程度，获得它们的年龄数据，”Heck解释道，“一些宇宙射线与物质相互作用，会形成新元素。这些太阳前颗粒暴露的时间越长，形成的新元素就会越多。”
他补充说道，“我将这比作一个放在暴雨中的水桶。假设降雨量是恒定的，水桶中积聚的水能够表明它在暴雨中暴露的时间。”通过测量太阳前颗粒中有多少由宇宙射线产生的新元素，我们可以得知太阳前颗粒在宇宙射线下暴露的时长——告诉我们它们的年龄有多大。
基于太阳前颗粒吸收的宇宙射线，研究人员了解到样本中的一些太阳前颗粒是迄今为止发现最古老的，大多数46到49亿岁，有些太阳前颗粒的年龄甚至超过55亿岁。需要指出的是，太阳的年龄是46亿岁。
碳化硅晶粒（太阳前颗粒）的扫描电子显微照片。晶粒中最长的尺寸约为8微米。图片来源：Janaína N. Ávila。
但这一研究的终点并非是获得这些太阳前颗粒的年龄。太阳前颗粒是恒星死去时形成的，它们可以告诉我们恒星的历史。而在70亿年前，明显有大量新的恒星形成。
“我们拥有比预期更多的太阳前颗粒数量，”Heck说，“我们的假设是这些太阳前颗粒形成于大多数49亿到46亿年前，在太阳系形成前是一个恒星形成的增长期，当时有更多的恒星形成。”
在科学家中一直存在争议：新的恒星的形成速率是稳定的，还是随时间推移形成速率会时快时慢，而这一发现很有说服力证明了后一观点。“有些人认为，银河系中恒星形成速率是恒定的，”Heck说，“多亏了这些太阳前颗粒可作为直接证据表明：70亿年前，银河系中存在一段恒星形成的增长期。这是我们研究的关键发现之一。”
Heck指出，这并非他的团队唯一意外发现的事情。除主要研究问题外，在研究太阳前颗粒与宇宙射线相互作用的方式时，研究人员也了解到太阳前颗粒常常漂浮在宇宙中，聚集在一起形成巨大一团。“它们就像聚集在一起的麦片，”Heck说，“之前海没有人认为这种的颗粒聚集是可能发生的。”
Heck和同事希望这些发现能拓展我们对于银河系的认识。他说，“通过这一研究，我们已直接确定了星尘的寿命。希望这会被接受并继续研究，人们可将其作为整个宇宙生命周期模型的初始信息。”
Heck提示到，有关太阳前颗粒和早期太阳系寿命的问题，仍有很多值得去回答。他说道，“我希望，能有更多的人致力于这方面研究，去更多了解我们的母星系——银河系。”
“我总是想利用手中的地质样品研究天文学，”Heck说，“回顾银河系的历史是一件令人激动的事。从这些星尘到达地球的最古老物质（星尘）中，我们可以了解我们的母恒星、我们体内碳的来源和呼吸的氧气来源。利用星尘，我们可以将物质追溯到太阳诞生之前的时间。”而Greer表示，“下一件最棒的事，将是能够直接从恒星上采集样品。”