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Apr. 12 2016

從天而降億萬顆星星

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  • 從天而降億萬顆星星

海底殘存的化學線索有助於天文學家追蹤離地球不遠、古早以前的超新星爆炸。

蟹狀星雲是其中一顆距離地球最近的超新星爆炸後的殘骸,對應了公元1054年亞洲天文學家的紀錄。Photograph by NASA, ESA, J. Hester and A. Loll (Arizona State University)

 

大約200萬年前,一顆巨大星體在離地球不遠的地方爆炸了。要是南方古猿或早期猿人有觀星的習慣,他們絕對會發現其中一顆星星突然發出比滿月還更亮的光芒,那是連白天都看得到的詭譎藍光。

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這顆遠在300光年距離外的超新星爆炸,不足以對地球上的生物造成傷害,但這不代表地球毫髮無傷。超新星爆炸時會噴濺出不穩定且具放射性的鐵元素,紛落在地球和月球上。

如今天文學家們透過研究海床沉積物中鐵元素的衰退跡象,推斷出距今1500萬至2300萬年前之間,宇宙何處曾有數個超新星爆炸發生。

日前《自然》期刊刊登的兩篇文章,描述超新星爆炸如何造成「本宇宙泡」──一個包含太陽系及鄰近星體的宇宙凹穴。

天外巨星

生命走到盡頭的恆星內部會產生核融合,製造出多種化學元素,隨著爆炸拋向宇宙深處;天文學家便能據此推斷星球死亡的時間及位置。

問題是:他們得先找到那些星塵。

「這些星塵如果全部打到頭會很痛,」伊利諾大學布萊恩·費爾茲(Brian Fields)說:「但當它們散落世界各地時,你甚至察覺不到其存在。」

研究地球深海地殼的科學家,1999年發現了非常微量的鐵同位素「鐵60」,可能來自於古早以前爆炸的超新星。

根據鐵60的半衰期及數量,2004年的研究報告指出這顆恆星大約在200萬年前發生爆炸。

新殺手星

如今,另一科學團隊更仔細研究從印度洋、太平洋和大西洋地殼中採集到的鐵60、金屬結核及一些海底沉積物等相關物質,而這些原子呈現的情形更複雜。首先,被澳洲國立大學學者安頓·沃納稱為「深海天文學」的研究,發現一種更古老的鐵元素,被認為可能是一場約800萬年前恆星爆炸造成的結果。

「他們是率先找到有其他超新星存在證據的團隊之一。」費爾茲說「這次提交的樣本並不像200萬年前的那次明顯,但能發現到這麼久遠前留下的證據,令他們非常興奮。」

但鐵60隨著時間在海底沉積的速率,使狀況變得更複雜。據推測,這些殘跡大約在200萬年前形成,但有些已遭破壞,可見鐵元素沉積超過100萬年。

「這些訊息不只是單一超新星造成。」來自柏林科技大學的珍妮·費吉(Jenny Feige)說。那究竟是好幾個超新星的傑作,或是亙古以來無數次爆炸的星球碎片?要解答這個問題,必須從海流和海洋生物攪和過海底沉積物中,分析鐵元素的積累狀況。

「我們把海底沉積物當成望遠鏡,」費爾茲解釋,「先搞清楚你的望遠鏡,裡頭還住著無數小生物;這對天文學者而言是種全新路數。」

灰飛煙滅

如果假設為真,那些殘跡將和《自然》期刊中第二篇報告的結論高度吻合。與其研究鐵60何時落到地球上,科學團隊對於它來自何方更感興趣。

星際間充滿氣體和灰塵,而太陽系和周遭鄰居坐落在灼熱太虛──「本宇宙泡」之中。天文學家認為它形成於1000萬年到2000萬年前間,由於恆星成長、爆炸,並將高溫10億度的大量氣體噴發至太空中所致。

科學家認為這些位於天蝎-半人馬星協(Scorpius-Centaurus association)的古老星體群,可能是把鐵60噴灑到地球上的始作俑者。

柏林科技大學的狄特·伯萊契特(Dieter Breitschwerdt)和團隊藉由觀測星體移動軌跡,回推天蝎-半人馬星協幾百萬年前在太空中的位置,並依照現有理論讓星協更形稠密,並以此來模擬超新星爆炸。

研究團隊發現,地球地殼中探測到的鐵60可能來自星協中的年輕星球;根據恆星大小、噴出距離和所需時間,這些資料完全吻合。

「這就好像拼拼圖一樣:將不同部分拼湊起來,逐漸得出全貌。」伯萊契特說。

更確切來說,科學家表示深海中的金屬殘留,應該是來自於天秤座和豺狼座之間、幾個肉眼就能觀察到的超新星;大部分探測到的鐵元素則來自於兩次最近的爆炸,一次發生於2300萬年前,分布於非洲的南方古猿和第一批人種;另一次則發生在1500百萬年前,當南猿消失而直立人開始遍布全球之際。

但科學團隊還提出了另一種可能性:鐵60並非由於超新星爆炸過後直接落到地球上,而是爆炸後的超新星促成本宇宙泡,而碎片則聚積成本宇宙泡外層;在幾百萬年前路過太陽系並將之納入麾下時,鐵60便這樣來到地球上。

「如果本宇宙泡的外層是在200萬到300萬年前掃過地球,任何在這之前形成的殘跡,便與本宇宙泡的演化進程無關,因此我們必須找出另一種解釋,」費吉如此說。

驚異奇航

若有鄰近超新星爆炸,感覺會很危急,但除非它距離地球30光年之內,才會破壞人類生活。而最近幾次超新星爆炸,地球人都剛好都遠在「死亡區」外,所以才沒喪命。

倒是一些科學家認為這些爆炸會帶來微妙效應:當高能量粒子射入地球大氣層時,會影響雲的生成,進而促使大規模的氣候變遷。

儘管未全獲證實,但把天文學家把海底跡象視為某種巨型望遠鏡,藉此持續研究繁星及宇宙影響地球之道。

(編按:原文各段小標 ’Ziggy Stardust’ ‘ New Killer Star’ ‘Ashes to Ashes’ ‘Fantastic Voyage’ 皆為David Bowie歌曲名。)

 

撰文:Nadia Drake

編譯:林品竹

 

延伸閱讀

>>以爆炸收場:超新星
>>別的世界,別的地球:系外行星
>>爆炸?碰撞?一顆恆星的真相

 

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