“天外來客”： 深海地殼中發(fā)現(xiàn)源自太空的罕見钚元素

據(jù)國外媒體報(bào)道，科學(xué)家在深海地殼中發(fā)現(xiàn)來自太空的钚-244元素，這是一種非常稀有的重金屬，這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)可揭曉重金屬如何在恒星中形成。

在深海中發(fā)現(xiàn)的钚-244同位素可能與鐵-60一起到達(dá)地球，鐵-60是一種較輕的金屬，在超新星爆炸過程中形成。該發(fā)現(xiàn)表明，超新星爆炸過程中可能同時(shí)產(chǎn)生兩種重金屬，盡管也有可能存在其他事件，例如中子星合并可能會形成一部分钚-244。

了解自然界重元素是如何形成的，是物理學(xué)最重要的三個(gè)問題之一，比鐵更重的元素有一半是通過非常容易理解的聚變過程在恒星中心區(qū)域形成的，而另一半則需要高密度的自由中子才能形成。這意味著它們必須在一個(gè)比典型星核更具爆炸性的環(huán)境中形成，也許是超新星，或者是中子星合并等大規(guī)模事件。

研究人員都對地球上發(fā)現(xiàn)宇宙天體殘骸跡象感興趣，一些重金屬的放射性是不會在地球上自然形成的，尤其是研究人員正在尋找的钚-244，它是半衰期為8060萬年的钚變體，這意味著該元素放射性衰變需要8060萬年才能消耗完最初產(chǎn)生的一半钚。他們發(fā)現(xiàn)在地球形成過程中出現(xiàn)的任何钚-244元素都已衰變很久，因此他們發(fā)現(xiàn)的任何钚原子都可能來自外星球。

我們能在地球上找到钚-244嗎？如果可以，那么我們就一定知道它是“天外來客”。

稀有金屬

為了尋找這些稀有金屬原子，研究人員從太平洋海底之下1500米地殼深處尋找，結(jié)果顯示深海地殼之下的巖石層形成非常緩慢，1毫米地殼記錄了40萬年的歷史，他們發(fā)現(xiàn)的钚金屬樣本可追溯至1000多萬年前。

隨后研究人員探測到鐵-60（在超新星爆炸形成的鐵元素）和钚-244樣本，發(fā)現(xiàn)鐵-60并不驚訝，因?yàn)檠芯吭l(fā)現(xiàn)深海沉積物和地殼中存在鐵-60元素指數(shù)波動(dòng)，這項(xiàng)最新發(fā)現(xiàn)證實(shí)了之前研究人員的猜測：鐵-60指數(shù)存在兩次增多——一次發(fā)生在5500萬～420萬年前，另一次發(fā)生在700萬年前的某個(gè)時(shí)期。這些金屬流入可能是兩次時(shí)間較近超新星爆炸的結(jié)果。

發(fā)生超新星爆炸并產(chǎn)生鐵-60的過程一定非常壯觀，在亮度上相當(dāng)于現(xiàn)今人們看到的滿月，所以即使在白天發(fā)生爆炸也能直接觀看到。

之前研究人員缺乏靈敏度較高的方法來精確計(jì)算散落在地殼中極其稀有的钚-244原子數(shù)量，但在最新研究中，他們使用了尖端技術(shù)和方法，最終他們實(shí)現(xiàn)了。目前，這種來自地外空間的钚元素何時(shí)到達(dá)地球很難精準(zhǔn)確定，因?yàn)檠芯咳藛T必須搜尋500萬～300萬年前的地殼層，然而，钚-244的流入確定與鐵-60的流入密切相關(guān)。

超新星爆炸的產(chǎn)物？

盡管钚-244和鐵-60同時(shí)到達(dá)地球，表明它們可能都來自超新星爆炸過程，但科學(xué)家仍有諸多置疑，科學(xué)家試圖用計(jì)算機(jī)模擬超新星爆炸中形成重元素的過程終于實(shí)現(xiàn)，這項(xiàng)最新研究發(fā)現(xiàn)的鐵-60和钚-244的比例表明，在恒星爆炸之后，钚-244數(shù)量比鐵-60數(shù)量少很多，可能僅是爆炸后形成元素的一小部分。

或許在深海地殼中發(fā)現(xiàn)的钚-244原子根本不是來自超新星爆炸，钚-244可能源自更早的一次天文事件，當(dāng)一股含有鐵-60的沖擊波朝向地球，推動(dòng)較重的钚-244一起掠過地球表面，之前很可能钚-244在太空深處漫無目的地漂浮。在那種情況下，這兩種元素會同時(shí)到達(dá)地球，但钚-244更加古老。

為了探索這種可能性，研究人員希望觀察具有不同半衰期的不同種類原子，這些半衰期就像一個(gè)時(shí)鐘，因此科學(xué)家可以確定該元素形成年代的估計(jì)范圍。例如：如果钚-244與一種半衰期較短的元素一起被發(fā)現(xiàn)，那么這兩種元素都“更年輕、更新鮮”。同時(shí)，這項(xiàng)研究還發(fā)現(xiàn)，超新星產(chǎn)生的钚-244數(shù)量更少，地球上發(fā)現(xiàn)的多數(shù)钚-244可能源自其他天文事件，例如中子星合并。

目前，研究人員開始研究一塊更大面積的地殼，對更大面積的地殼進(jìn)行勘測，將擴(kuò)大研究人員對钚-244的搜索范圍，并獲得這些原子抵達(dá)地球的精確時(shí)間軸。