鐵60破解宇宙爆發(fā)事件

大質(zhì)量恒星一旦燒完自己的“燃料”，就會以超新星的形式爆發(fā)，其星核會坍縮成一顆致密（密度極大）的中子星或一個黑洞。與此同時，熾熱的氣體和塵埃以極高的速度從星核向外噴發(fā)，其中大部分會分散在一些恒星之間，隨即又被膨脹的沖擊波帶走。這些塵埃和氣體構(gòu)成了這顆超新星的殼層。在向外擴張的過程中，這個殼層把其路徑上的所有太空物質(zhì)都收入囊中。經(jīng)過成千上萬年后，包括殼層在內(nèi)的超新星殘余直徑擴張到好幾十秒差距（天文學(xué)距離單位，1秒差距大約3.26光年），擴張速度越來越慢，直至停止擴張。

附近可能發(fā)生過

如果在地球附近發(fā)生這樣的爆發(fā)，地球生物圈就會遭遇重創(chuàng)，引起像6600萬年前小行星撞地球所致那樣的大滅絕（恐龍及其他許多動物都是受害者）。考慮到太陽系已經(jīng)形成了幾十億年之久，不能排除在地球附近發(fā)生過如此宇宙爆發(fā)事件的可能性。

然而，超新星只發(fā)生于質(zhì)量超過太陽8倍甚至10倍的恒星。這樣的恒星很少見。距離地球相對近的這種恒星之一是位于獵戶座的參宿四（全天第十亮星，獵戶座第二亮星），它與太陽系的距離大約為150秒差距。

兩個“目擊證人”

宇宙爆發(fā)事件過程，會產(chǎn)生許多新的原子，其中包括一些放射性原子。科學(xué)家對其中原子質(zhì)量為60的放射性鐵同位素——鐵60尤其關(guān)注。經(jīng)過在天文學(xué)意義上相對短的260萬年后，就會有大約一半的鐵60轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的鎳同位素。因此，當(dāng)45億年前地球形成時出現(xiàn)在地球上的所有鐵60如今都早已消失，畢竟時間已過去太久，鐵60全都轉(zhuǎn)化了。

鐵60在地球上非常罕見，是因為在地球上自然產(chǎn)生的這種同位素本來就不多。但在超新星爆發(fā)之前，會產(chǎn)生大量的鐵60。如果鐵60如今出現(xiàn)在地球海底沉積物中，或出現(xiàn)在來自月面的物質(zhì)中，它就很可能源自近在發(fā)生于地球附近的一顆超新星，或源自類似的宇宙爆發(fā)事件。

同樣的情況也適用于原子質(zhì)量為244的钚同位素。不過，钚244更可能由中子星相互碰撞、而非由超新星產(chǎn)生。因此，钚244是核合成重元素的一個指征。經(jīng)過相對長的8000萬年后，大約一半的钚244會轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌亍Ｋ裕髓F60之外，衰變速度緩慢的钚244也可作為在過去幾百萬年間宇宙爆發(fā)及新元素產(chǎn)生事件（統(tǒng)稱天體物理事件）的指征。也就是說，這兩種同位素都可作為地球附近天體物理事件的“證人”。

它們怎樣來地球

對于這些重元素的形成條件、形成地點及形成的頻繁程度，科學(xué)界尚有爭議。科學(xué)家推測，钚244的形成也需要爆發(fā)性的事件，其產(chǎn)生條件與金或鉑的產(chǎn)生條件相同。地球上有天然形成的金和鉑，但今天它們都由穩(wěn)定的原子組成。

鐵60和钚244之類的同位素最初是怎樣來到地球的？超新星噴發(fā)的鐵60原子容易聚集在塵埃顆粒中。钚244也是如此，但它很可能在其他事件中產(chǎn)生，而被超新星擴張的殼層如數(shù)吸納。科學(xué)家猜測，在距離太陽系超過10秒差距、但不超過150秒差距的地方發(fā)生宇宙爆發(fā)后，太陽風(fēng)及太陽風(fēng)層的磁場會阻止單個的原子到達(dá)地球，但包裹在塵埃顆粒中的鐵60和钚244會飛到地球和月球。

數(shù)量稀少很難找

就算一顆超新星發(fā)生在距離太陽系不到10秒差距的地方，源自其殼層、最終落在地球上每平方厘米面積上的物質(zhì)量也不到1微克。事實上，來到地球的鐵60原子極少。在1克的海底沉積物樣本中，可能只有幾千個鐵60原子，它們混跡于完全不計其數(shù)的超大量穩(wěn)定的鐵原子（原子質(zhì)量為56）中。因此，要在其中找到鐵60，比大海撈針還難。直到20多年前，就算是最靈敏的測量方法，在這方面也無能為力。

好在，如此極端的低濃度目前只可能通過加速器質(zhì)譜來測定。因為世界各地的在建的加速器質(zhì)譜裝置設(shè)計不同，所以能在搜索源自超新星爆發(fā)的罕見同位素方面互為補充。

總算找到了一些

在罕見同位素的鑒定中，像天然產(chǎn)生的鐵56這樣的同位素可通過質(zhì)量過濾器剔除。但天然產(chǎn)生的鎳60（其質(zhì)量與鐵60相同）也會造成干擾。就算在對樣本進(jìn)行非常復(fù)雜的化學(xué)處理后，也必須采用多種核物理方法，在一臺特殊的加速器中，把鐵60從數(shù)量為其幾十億倍的“雜質(zhì)”中分離出來。

最后，在一個持續(xù)好幾小時的測量過程后，或許只能識別5個鐵60原子。目前，能進(jìn)行如此測量的設(shè)施還只有一個。

過去20多年來辨識的鐵60原子總共也只有大約1000個。至于來自恒星際空間的钚244，其在地球上的濃度就連鐵60的萬分之一都不到。直到最近，才一共辨識了大約100個钚244原子。

繼續(xù)尋找新樣本

然而，只有一些樣本適合調(diào)查。例如，來自地面的樣本正在被地質(zhì)過程迅速“稀釋”。海底樣本受干擾少，因此比較適合調(diào)查。科學(xué)家已開始繼續(xù)尋找這方面的新樣本。值得一提的是，月面樣本更好，因為幾乎未被破壞。

據(jù)報道，很快就會有新的設(shè)施加入對恒星際同位素的鑒定。與此同時，科學(xué)家將尋找更多可供鑒定的樣本，有關(guān)方面也同意提供月面樣本。這些樣本將有助于科學(xué)家們更好地了解發(fā)生在地球附近的超新星爆發(fā)，以及了解重元素在星系中的各種形成過程。

科學(xué)家還特別指出，迄今已知的所有宇宙爆發(fā)事件距離地球都很遠(yuǎn)，所以我們大可不必杞人憂天。