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太阳系不是在宁静的真空中旅行,它正穿越一朵远古超新星爆炸后留下的尘埃云。

这不是科幻场景,而是一项刚刚发表于《物理评论快报》的最新研究得出的结论。由德国亥姆霍兹德累斯顿-罗森多夫研究中心领衔的国际团队,通过分析距今4万至8万年前的南极冰芯,在其中探测到了一种地球上根本不会自然产生的放射性同位素,铁-60。这种物质只有一个来源:大质量恒星的爆炸。

铁-60是铁的放射性同位素,半衰期约为260万年。它在大质量恒星核心的高温高压下锻造而成,在超新星爆发的瞬间被抛射进星际空间,随着尘埃颗粒漂流于星系之中。它不会在地球内部的地质过程中产生,一旦在地层中被发现,几乎可以肯定是来自宇宙深处的访客。

科学家此前已经在地质记录中发现过铁-60的踪迹,时间节点指向大约200至300万年前,那是数颗附近超新星相继爆发的时期,留下了清晰的放射性印记。然而最近若干年,在相对年轻的南极积雪中,铁-60的信号再度出现,而这个时间段内,太阳系附近并没有发生任何已知的恒星爆炸。

这个矛盾引发了研究团队的追问:这些铁-60究竟从哪里来?

答案逐渐指向了太阳系目前正在穿越的那片星际云,学界称之为"本地星际云"。科学家认为,这片云团可能是数十万年前某次或某几次超新星爆发留下的残骸,在被抛入星际空间后,超新星合成的铁-60就被封存在其中,随着云团一起漂浮,直到太阳系穿越而过,地球将这些放射性尘埃颗粒一路收集进来。

验证这一假说需要时间维度的数据,而南极冰层恰好提供了这把钥匙。

南极的降雪以极其缓慢的速度层层积累,几乎不受扰动,形成了一部连续的"宇宙档案"。每一层冰都封存着当时飘落在地球上的宇宙尘埃,就像一份按年代排列的来料记录。研究团队从阿尔弗雷德·韦格纳极地与海洋研究所获取了形成于4万到8万年前的古老冰芯样品,将约300公斤的冰运至德累斯顿进行化学分析,经过繁琐的处理流程,最终剩下几百毫克的微量残留物。

测量本身是这项研究中最令人叹服的技术挑战之一。研究人员使用了澳大利亚国立大学的重离子加速器质谱仪,这是目前全球唯一能够探测到如此微量铁-60的设备。利用电磁过滤器按质量筛除干扰原子,一台机器在一小时内,从包含约10万亿个原子的样品中,找到了寥寥数个铁-60原子。团队成员安娜贝尔·罗洛夫斯说:"这就像在5万个堆满干草的足球场里寻找一根针。"

两套完全独立的研究路径,在时间坐标上交汇到了同一点。

这意味着什么?在太阳系进入本地星际云之前,地球收到的铁-60较少,是因为那时的星际介质更稀薄,铁-60含量更低。进入云团之后,随着太阳系在这片富含超新星遗留物质的云中行进,地球接收到的铁-60逐渐增多。目前,太阳系被认为正处于本地星际云的边缘附近,预计还将在其中穿行数千年才能离开。

当然,完整的图像尚未浮现。如果本地星际云直接源于某次超新星爆炸,理论上应该留存更多的铁-60,但实际测量值远低于这个预期,说明背后的物理过程可能比一次简单的爆炸要复杂得多。研究团队计划进一步分析更古老的冰芯,对应的时期是太阳系进入本地星际云之前,这批数据或许能帮助厘清云团形成的真实历史。

我们每一天都生活在超新星的遗产里,只是此前从未意识到这一点。