这块岩石很可能来自最明亮的宇宙爆炸类型之一。
0.1 盎司(3 克)Hypatia 石样品。 (图片来源:罗马诺塞拉)
在撒哈拉沙漠中出土的一块奇怪的外星太空岩石可能是地球上发现罕见超新星的第一个证据。
1996 年在埃及首次发现的 Hypatia 石的化学成分表明,它可能含有曾经围绕着巨大超新星的尘埃和气体,这是一颗垂死恒星的壮观爆炸。
Ia 型超新星通常发生在尘埃云中,其中白矮星或坍缩恒星的干瘪外壳与更大、更年轻的恒星共享一个轨道,该恒星仍有一些燃料可燃烧。这颗更小、更密集的白矮星利用其巨大的引力来抢夺年轻恒星的一些燃料,它无情地吞噬着这些燃料,将年轻恒星拉伸成泪珠状。然而,随着吸血白矮星长大到足以让核反应在其核心重新点燃,宇宙自相残杀的行为最终以相互毁灭而告终。在突然的明亮闪光之后,巨大的超新星爆炸将两颗恒星的辐射物质向外抛掷,与尘埃混合并融合。
就希帕蒂亚石而言,尘埃和气体的混合物可能在太空中漂流了数十亿年,直到它到达我们的宇宙后院,最终在我们太阳系诞生的某个时候凝固成希帕蒂亚石的更大母体,新的研究表明。一旦形成,可能在太阳系外的某个地方,这块岩石最终会冲向地球,在着陆时粉碎成碎片。
“从某种意义上说,我们可以说,我们在行动中捕捉到了超新星 Ia 爆炸,因为爆炸产生的气体原子被困在周围的尘埃云中,最终形成了希帕蒂亚的母体,”研究的主要作者 Jan Kramers,南非约翰内斯堡大学的地球化学家在一份声明中说。
为了弄清楚这块岩石的来源,研究人员使用非破坏性技术对一小块 Hypatia 石头样本进行了化学分析。这些揭示了这块岩石的硅、铬和锰含量异常低——这些元素在太阳系内部非常罕见——同时对于我们宇宙附近的物体来说,铁、硫、磷、铜和钒的含量也异常高。
“我们发现了一种一致的微量元素丰度模式,它与太阳系中的任何东西完全不同,无论是原始的还是进化的。小行星带和流星中的物体也不符合这一点,”克莱默斯说。
进一步的测试,将岩石的元素浓度与我们预期在我们的太空区域看到的元素浓度进行比较,得到了更令人惊讶的结果——这块石头甚至不是来自我们银河系的手臂,而且它含有太多的铁,硅太少,比铁重的元素浓度太低,不可能来自单独的红矮星爆炸(II型超新星)。
对恒星数据和建模的详尽搜索使团队除了 Ia 型超新星之外没有其他可能的解释来解释这块岩石的起源,这可以解释这块石头不寻常的元素浓度。研究人员分析的 15 种元素中的 8 种(硅、硫、钙、钛、钒、铬、锰和镍)的比例与预测的白矮星爆炸浓度非常接近。
“如果这个假设是正确的,那么希帕蒂亚石将是地球上第一个超新星 Ia 型爆炸的切实证据,”克莱默斯说。 “也许同样重要的是,它表明来自外太空的单个异常尘埃实际上可以并入形成我们太阳系的太阳星云中,而无需完全混合。”
但疑虑依然存在。石头的六种元素——铝、磷、氯、钾、铜和锌——的浓度是 Ia 型超新星预期浓度的 10 到 100 倍。研究人员认为,这可能表明这颗超新星的起源是一颗红巨星,它保留了比模型预测的更多的原始元素组成。
“由于一颗白矮星是由一颗垂死的红巨星形成的,希帕蒂亚可能从一颗红巨星那里继承了六种元素的这些元素比例。这种现象已在其他研究中的白矮星中观察到,”克莱默斯说。
科学家们在即将出版的《伊卡洛斯》杂志上发表了他们关于奇怪外星岩石的发现。