蓝色陨石晶体揭示了太阳狂野的青春

一项新的研究报告称,来自太阳系黎明的古老而罕见的蓝色陨石晶体有助于确认新生的太阳非常活跃。

天文学家先前发现,恒星在其演化的早期通常是极其活跃的。在46亿年前太阳诞生后,科学家们曾怀疑它也是如此。

年轻的太阳

艺术家对早期太阳圆盘的插图,配上蓝色的黑铝钙石晶体的插图,黑铝钙石晶体是太阳系中最早形成的矿物之一。 (图片来源: © Copyright The Field Museum, University of Chicago, NASA, ESA, and E. Feild (STScl))

芝加哥菲尔德博物馆馆长、研究报告的合著者菲利普赫克在一份声明中说:“太阳在其早期非常活跃——它有更多的喷发,释放出更强烈的带电粒子流。”“我想到我的儿子——他三岁了;他也很活跃。”

然而,要证明这种“早期活跃的太阳假说”是有挑战性的,因为很难找到记录早期太阳是什么样子的材料,也很难找到数十亿年安然无恙的材料。

赫克在声明中说:“太阳系中几乎没有什么东西的年龄足以证实早期太阳活动的存在。”

蓝色陨石研究

为了寻找这些证据,研究人员分析了1969年在澳大利亚维多利亚州默奇森镇附近坠落的默奇森陨石的样本。这块陨石保存在芝加哥的菲尔德博物馆,可追溯到太阳系早期,因其丰富的有机分子而闻名于科学界。

黑铝钙石

一粒来自默奇森陨石的小黑铝钙石。(图片来源: Copyright Andy Davis, University of Chicago)

大约45亿年前,围绕在早期太阳周围的巨大圆盘状气体和尘埃冷却下来,最早的矿物开始形成——被称为黑铝钙石的微观冰蓝色晶体,其中最大的只有人类头发直径的几倍。

“它们很可能是太阳系中最早形成的矿物质之一,”该研究的主要作者、芝加哥大学的宇宙化学家莱维克·科普说。

如果早期的太阳喷发出大量的高能粒子,其中一些应该会撞击晶体中的钙和铝,将这些原子分裂成更小的氖原子和氦原子。这个早期活跃的太阳的证据可能在数十亿年的时间里被完好无损地困在晶体中,并被整合到岩石中,最终落入地球,供科学家研究。

“虽然稀有气体经常被用来评估样品的辐射历史,但是在此之前还没有人尝试过hibonites,”Koop说。“这可能是因为它们非常小,也因为它们很罕见,很难从陨石中恢复。”

科学家们使用瑞士最先进的质谱仪分析了这些晶体。质谱仪是一种车库大小的机器,可以确定物体的化学组成。激光熔化了黑铝钙石晶体的微小颗粒,然后质谱仪分析了其中的成分。

质谱仪是专门用来寻找稀有气体(如氦和氖)踪迹的。研究人员发现了一个惊人的大信号,清楚地表明氦和氖的存在。

研究人员说,这可能是太阳长期被怀疑的早期活动的第一个具体证据。

“我们能够在黑铝钙石中发现这种稀有气体的记录是令人兴奋的,因为它有力地支持了早期太阳活动的假说,”Koop说。

之前曾有迹象表明,新生的太阳比今天更活跃,比如在古代陨石中发现的微量放射性铍-10。然而,这种铍-10可能不是由早期的太阳活动产生的,而是从太阳系起源的分子云遗传而来。相比之下,氖和氦是稀有气体,这意味着它们几乎不会与其他化学物质发生反应。因此,它们在黑铝钙石中的存在表明它们是在晶体内部产生的,而不是在它们形成时被捕获的。

进一步研究

未来对古代陨石晶体的研究可能有助于揭示太阳周围气体和尘埃组成的原行星盘的细节,这些气体和尘埃最终形成了行星,比如这个盘的不同部分有多热或多冷。

“例如,氦是一种非常轻的元素,在加热过程中很容易从矿物质中流失,”Koop说。“黑铝钙石中氦的存在意味着它们在受到辐射后没有被加热很多。”

科学家们周一(7月30日)在《自然天文学》杂志上详细介绍了他们的发现。






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