陨石分析结果显示：太阳系可能诞生于一颗巨大恒星消亡之时

打工人 · 2025-4-18 21:11:30

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以东京大学副教授饭塚毅为首的研究团队发布了一项研究成果，表明太阳系的诞生与大约46亿年前发生的超新星爆炸几乎同时发生。研究团队认为，在太阳系形成初期，距离其100光年以内的地方，一颗质量约为太阳25倍的大质量恒星发生了超新星爆炸。
从陨石中元素的丰度推测未解明的铝26的起源

恒星被认为是在气体和尘埃（分子云）聚集的高密度区域通过引力收缩而诞生的。新诞生的恒星被气体和尘埃盘状聚集的原始行星盘（在太阳系的情况下也称为原始太阳系盘）所包围，其中形成了巨大的气体行星和岩石行星，以及小行星和彗星等小天体。
这些最初期太阳系形成后坠落到地球并被回收的陨石中，与地球上形成的较年轻岩石相比，已知含有过量的镁的稳定同位素镁26（26Mg）。陨石中过量的镁26被认为是岩石形成时吸收了铝的放射性同位素铝26（26Al，半衰期约73万年）的证据，并且被认为是铝26的β衰变产生的子核。
最初期太阳系中产生铝26的天体或现象的候选包括：像太阳这样相对较轻的恒星在演化成白矮星之前达到的“渐近巨星分支星（AGB星）”、质量超过太阳40倍的“沃尔夫-拉叶星（大质量恒星在结束其短暂生命之前达到的阶段）”、与恒星组成双星系统的白矮星引发的“热核反应型超新星爆炸”、以及质量超过太阳8倍的大质量恒星引发的“重力坍缩型超新星爆炸”。然而，这些候选尚未被明确确定，铝26的起源仍然未解明。
因此，研究团队尝试对在原始太阳系盘不同位置形成且年代已知的多颗陨石中所含元素进行分析。研究团队指出，陨石中镁26的含量可以推算出其形成时吸收的铝26的量。近年来已发现，铝26的含量从原始太阳系盘的内侧向外侧逐渐增加。而此次研究团队还发现，钛的稳定同位素钛46（46Ti）和钛50（50Ti）的丰度也呈现出类似的趋势。
由于丰度的不均匀性存在相关性，钛46和钛50也可能是与铝26在同一天体或现象中生成后被吸收的。钛的同位素的生成量受恒星温度、密度等环境因素影响，但分析结果显示，原始太阳系盘中钛46和钛50的丰度最能被质量约为太阳25倍的大质量恒星中生成的钛量所解释。这种质量的恒星会发生重力坍缩型超新星爆炸，因此研究团队认为铝26的起源正是重力坍缩型超新星。
太阳系是否在大质量恒星消亡时形成？

利用铝和钛同位素的相关性，研究团队提出了一种方法，用于同时推算超新星爆炸与最古老陨石形成年代之间的时间差，以及超新星爆炸释放物质混入太阳系的比例。（图片来源：东京大学）
此外，研究团队利用铝和钛同位素的相关性，开发了一种方法，能够同时确定超新星爆炸发生的年代以及释放物质混入太阳系的比例。应用这一方法的结果显示，超新星爆炸发生的年代比最古老陨石的形成年代早约90万年，并且推测爆炸发生的位置距离当时的太阳系不到100光年。
近年来对多种原始恒星的观测表明，行星的形成可能在恒星开始形成后的10万至100万年内迅速完成。也就是说，超新星爆炸到物质混入太阳系的90万年时间差，与分子云收缩导致恒星开始形成到原始行星盘中固体物质开始形成的典型时间尺度相当。
基于此，研究团队认为，太阳系的形成开始于超新星爆炸几乎同时期，类似于在超新星残骸周围观测到的下一代恒星形成过程，太阳系也可能是在一颗消亡的大质量恒星伴随下形成的。