陨石中的太阳前晶体揭示太阳系起源

早于我们恒星的晶粒

在某些陨石的深处，存在着在太阳点燃之前形成的微观晶体——原始晶粒在数十亿年前垂死恒星的大气中锻造，远早于我们的太阳系存在。科学家现在以前所未有的精度提取和分析这些太阳前晶粒，他们的发现正在重塑我们对形成银河系这一角落的条件的理解。

这些古老的晶体通常只有几微米，在大约46亿年前形成太阳系的气体云的暴力坍缩中幸存下来。该云中的大部分物质被熔化、蒸发并重新组成太阳和行星，消除了其太阳前的身份。但原始星尘的一小部分保持完好，作为包裹体保存在称为球粒陨石的原始陨石中。

死星的同位素指纹

太阳前晶粒在科学上无价的原因在于其同位素组成。每颗恒星都通过核聚变产生元素，但同位素的具体比例——同一元素具有不同中子数的原子——取决于恒星的质量、温度和演化阶段。通过测量太阳前晶粒中的同位素比例，科学家可以确定产生每颗晶粒的恒星类型及其形成条件。

最常见的太阳前矿物是碳化硅和各种氧化物，包括刚玉和尖晶石。碳化硅晶粒特别具有参考价值，因为它们在渐近巨星支恒星（接近生命终结的红巨星）的富碳外流中形成。它们的同位素特征保留了这些恒星熔炉中发生的核合成过程的详细记录。

解决超新星辩论

这些晶粒帮助回答的核心问题之一涉及太阳系形成的触发因素。领先的假说认为，附近的超新星爆炸发出冲击波，穿过分子云，导致其坍缩并开始形成太阳和行星。这一情景得到了短生命期放射性同位素（如aluminum-26）在最早太阳系物质中的存在所支持。

然而，另一种假说表明aluminum-26可能来自大质量Wolf-Rayet恒星的风，而不是超新星。太阳前晶粒分析通过提供太阳系形成的同位素环境的直接测量，帮助区分这两种情景。

最近对太阳前晶粒的分析发现了与多个恒星源对太阳星云贡献一致的同位素特征，包括超新星和AGB恒星。新兴的图景是太阳系由复杂的恒星碎片混合物诞生，而不是由单一源主导的物质。

先进的分析技术

太阳前晶粒的分析通过纳米级质量谱学的进步，特别是NanoSIMS仪器进行了革命性改造，该仪器可以测量仅几百纳米的点位处的同位素比例。这种能力使研究人员能够分析单个晶粒，甚至单个晶体内的变化，揭示记录其母星中变化条件的内部结构。

原子探针层析成像技术也被应用于太阳前晶粒，该技术绘制样品内单个原子的三维位置。这些测量以原子分辨率揭示了晶粒的晶体结构和化学分带，对它们在生成星和太阳系形成期间经历的温度和压力提供了约束。

接下来会发生什么

未来的样品返回任务，包括来自小行星Ryugu和Bennu的材料（已在地球上的实验室中），有望提供受到地球污染保护的新的原始太阳前晶粒集合。这些样品可能包含在落到地球的陨石中罕见或不存在的晶粒类型，扩展了对太阳系形成有贡献的恒星源的目录。

每颗晶粒都是来自不再存在的恒星的时间囊，携带有关恒星演化、银河化学富集以及我们行星系统形成的特定条件的信息。随着分析技术的不断改进，这些微小晶体最终可能不仅会告诉我们太阳系来自何处，还会告诉我们为什么它以使地球——和生命——成为可能的特定成分形成。

本文基于Quanta Magazine的报道。阅读原文。